一只北方海知更鳥(Prionotus carolinus)用它的六條腿在沙灘上飛奔，它也用這六條腿作為鏟子和感覺器官。鳴謝:阿尼克·格里森
這種魚有腿——但它們不僅僅是用來走路的?？茖W(xué)家們發(fā)現(xiàn)，北方海知更鳥(Prionotus carolinus)用四肢在海底漫步，并品嘗海底埋藏的獵物。
這項(xiàng)研究還揭示了卡羅來納鱸在進(jìn)化過程中如何將附肢重新用作感覺器官的線索?；蚪M分析揭示了更廣泛的海羅賓家族腿的進(jìn)化歷史。今天發(fā)表在《當(dāng)代生物學(xué)》上的兩篇論文1，2描述了這些發(fā)現(xiàn)。
與眾不同的魚
海知更鳥的眼睛像青蛙一樣凸出，鰭看起來像鳥的翅膀，六條腿像螃蟹的腿。加州斯坦福大學(xué)研究動(dòng)物的發(fā)育生物學(xué)家大衛(wèi)·金斯利說，它們是“我見過的最奇怪、最酷的魚”。
研究人員很早就知道卡羅來納杉的腿具有特殊的感覺能力3，4。馬薩諸塞州劍橋市哈佛大學(xué)的分子生物學(xué)家Nicholas Bellono指出，海知更鳥超乎尋常的捕獵能力非常有效，以至于其他魚類會(huì)跟著它們四處尋找殘羹剩飯。眾所周知，這種魚的六條腿上布滿了看起來像味蕾的小突起。但是科學(xué)家們之前沒有詳細(xì)探究過這種動(dòng)物能力的來源。

黑色背景上的海知更鳥的特寫鏡頭
北海知更鳥尋找食物的能力吸引了成群的食客。鳴謝:阿尼克·格里森
貝洛諾的團(tuán)隊(duì)著手改變這種情況，并最終與金斯利和他的團(tuán)隊(duì)聯(lián)手。研究人員將魚放在一個(gè)裝有貽貝和氨基酸膠囊的水箱中，所有這些都埋在沉積物下。這些魚能夠找到這些東西，并用它們像鏟子一樣的腳把它們挖出來。仔細(xì)觀察這些被稱為乳頭的突起，可以發(fā)現(xiàn)味覺受體分子，研究人員發(fā)現(xiàn)這些分子專門用于檢測深海生物產(chǎn)生的氨基酸和化學(xué)物質(zhì)。
但是最有趣的發(fā)現(xiàn)是在研究人員補(bǔ)充了他們的海羅賓供給之后。這些魚無法找到埋藏的食物，研究人員意識(shí)到他們意外地發(fā)現(xiàn)了一種不同的長腿物種:進(jìn)化魚。這個(gè)物種的腿更窄，沒有乳頭，這表明腿長和品嘗能力是分開進(jìn)化的。
科學(xué)家們比較了來自世界各地的13種海雀的基因組，并繪制了一張進(jìn)化家譜。這表明用于行走的腿最先發(fā)育。后來，一些物種的腿上進(jìn)化出了感覺器官。
長腿基因
在檢查了動(dòng)物附肢中活躍的基因后，研究人員鎖定了一種名為tbx3a的基因。實(shí)驗(yàn)表明，在其他魚有鰭的地方，它在創(chuàng)造腿的過程中發(fā)揮了作用。當(dāng)研究人員使用CRISPR–cas 9基因編輯工具在一些卡羅來納鱸中突變tbx3a時(shí)，這些魚失去了乳頭和挖掘食物的能力。
Tbx3a編碼一種稱為轉(zhuǎn)錄因子的蛋白質(zhì)。一個(gè)單一的轉(zhuǎn)錄因子通常調(diào)節(jié)一系列基因的活性，使其具有廣泛的影響。Bellono和Kingsley說，很明顯，tbx3a在腿部發(fā)育和味覺感知中起著一定的作用。但是科學(xué)家們補(bǔ)充說，他們還不知道哪種突變導(dǎo)致了有感覺腿的物種中tbx3a活性的變化，或者它是如何創(chuàng)造魚的新能力的。金斯利說，一旦他們理解了這一點(diǎn)，理論上研究人員可以使用CRISPR基因組編輯將腿和感覺器官放在不同的魚上。
奧羅拉市科羅拉多大學(xué)醫(yī)學(xué)院的細(xì)胞和發(fā)育生物學(xué)家托馬斯·芬格說:“這些發(fā)現(xiàn)非常好，意義重大。”。他驚訝地發(fā)現(xiàn)，一些物種缺乏感知化學(xué)物質(zhì)的能力，但他表示，這項(xiàng)研究有效地顯示了這種能力似乎是如何通過調(diào)整現(xiàn)有的一組基因來形成新的特征而進(jìn)化的。
doi :https:///10.1038/d41586-024-03117-7
參考
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