深海奇迹：琵琶鱼如何违背进化预期

一项开创性的莱斯大学研究揭示了琵琶鱼的非凡进化，这是一群深海居民，其奇异的适应能力吸引了科学家和公众。这项发表在《自然生态与进化》杂志上的研究揭示了这些神秘的生物是如何在深海区严酷、资源匮乏的环境中实现多样化的。深海区是海洋表面以下3300英尺到13000英尺的开放海洋的一部分。

　　

来自莱斯大学一项开创性的研究揭示了琵琶鱼（鮟鱇）的非凡进化，这是一群海洋表面以下1000米到4000米的深海居民，其奇异的适应能力吸引了科学家和公众。这项发表在《 Nature Ecology & Evolution,》杂志上的研究揭示了这些神秘的生物是如何在深海区严酷、资源匮乏的环境中实现多样化的。

该研究由包括莱斯大学的科里·埃文斯（ Kory Evans）和他的本科学生罗斯·福彻（Rose Faucher）在内的一组生物学家领导，分析了琶鱼（Lophiiformes）从海底栖息地过渡到深海开阔水域的进化历程。通过尖端的基因分析和博物馆标本的3D成像，研究人员重建了琵琶鱼的进化树，并确定了形态上的创新，使这些动物能够在地球上最具挑战性的环境中茁壮成长。

琵琶鱼最出名的是它们的生物发光诱饵，这些诱饵悬挂在它们的前额上，在永远黑暗的深海中吸引猎物。然而，它们的进化故事远不止于这种惊人的适应。研究表明，深海中上层琵琶鱼（鮟鱇）起源于底栖或海底生活的祖先。这个祖先生活在大陆斜坡上，然后过渡到深海区的开放水域，这一过渡为快速的进化变化奠定了基础。然后，鮟鱇进化出了更大的下巴、更小的眼睛和侧向压缩的身体等特征——这些都是为适应食物有限、没有阳光的环境而量身定做的。

然而，尽管有这些方向性的趋势，鮟鱇在体型上也表现出显著的可变性，从典型的球形琵琶鱼到细长的形状，如“捕狼器”表现型，其特征是颚结构类似于陷阱。这一发现是这项研究中最令人惊讶的，因为深海区并没有像预期的那样限制进化，尽管它明显缺乏生态多样性。相反，琵琶鱼实现了高水平的表型差异，在浅水和深水中都大于它们的底栖亲戚。这表明，鮟鱇并没有受到深海环境挑战的限制，而是探索了新的进化可能性，使它们的体型和狩猎策略多样化。

该论文的共同通讯作者、生物科学助理教授埃文斯说：“深海琵琶鱼具有生物发光诱饵和大嘴巴等独特特征，可能是资源有限的深海区有记录的少数适应辐射的例子之一。”“这些特征可能使琵琶鱼在利用稀缺资源和在极端环境中导航方面具有优势，尽管我们没有强有力的证据将这种多样性与这种资源专业化直接联系起来。”

埃文斯指出，这项研究为非适应性过程留下了空间，比如宽松的选择或随机突变，也可能导致观察到的变异。研究人员还比较了不同栖息地的琵琶鱼分枝，发现了更多意想不到的结果。像襞鱼这样生活在多样化和多产的珊瑚礁环境中的沿海物种，表现出比深海同类低得多的进化变化速度。

“那种认为资源贫乏、同质的环境——比如四面都是水——会产生多种多样的身体和头骨的想法，在这个领域真的是违反直觉的。”福彻和加州大学欧文分校的博士后伊丽莎白·克里斯蒂娜·米勒（Elizabeth Christina Miller）共同撰写了这篇论文。“当鱼类有不同的特征可以与之互动时，比如浅水中的珊瑚和植物，或者海底的沙子和岩石，我们就会期望鱼类在形状上有很多变化。相反，我们在这些深海鱼类身上看到了它，它们只有水可以与之互动。”

研究人员结合使用了先进的方法来进行这项研究。他们利用来自132个物种的1092个遗传位点的数据构建了琵琶鱼的系统发育，这些物种约占所描述物种的38%，并辅以化石校准和基因组数据来估计分化时间和祖先栖息地。形态学数据收集自博物馆标本，包括线性身体测量和三维颅骨形状分析，通过微CT扫描。为了评估进化趋势，研究人员应用系统发育比较方法来评估表型和谱系多样化，而差异分析量化了琵琶鱼分枝和栖息地之间形态差异的程度。然后，他们使用贝叶斯模型重建了祖先的栖息地，揭示了琵琶鱼在过渡到远洋区之前起源于底栖动物的祖先。最后，主成分分析可视化了琵琶鱼如何占据表型空间的不同区域，揭示了身体、头骨和下巴形状的进化趋势。

埃文斯说：“琵琶鱼是生命在极端限制下如何创新的完美例子。”“这项工作不仅增强了我们对深海生物多样性的理解，而且还说明了进化的弹性和创造力。”

这项研究的意义超出了琵琶鱼的进化史。它为生命如何适应极端环境提供了宝贵的见解。深海是地球上最不为人所知的生态系统之一，但它在全球生物多样性和地球碳循环中起着至关重要的作用。了解像琵琶鱼这样的生物如何在这种条件下茁壮成长，有助于科学家预测生命如何应对环境变化，包括气候变化引起的环境变化。此外，该研究还涉及宏观进化的更广泛问题：新物种是如何产生、适应和多样化的。通过表明即使是资源贫乏的环境也能促进显著的进化辐射，这项研究挑战了传统智慧，为研究极端栖息地的进化开辟了新的途径。