01.22 這種發光的魚之所以能發光,是因為從獵物身上竊取了發光物質

淺水海魚不是靠自己發光,而是靠吃微小的、發光的甲殼類動物來獲得生產生物發光物質所需的所有工具。

這種發光的魚之所以能發光,是因為從獵物身上竊取了發光物質

擬單鰭魚(學名:Parapriacanthus ransonneti),又稱充金眼鯛、副單鰭魚,俗名大面側仔,為輻鰭魚綱鱸形目擬金眼鯛科的一個種。

在發光的生物當中,通過飲食獲得發光所需的熒光素,是很常見的。科學家推測,生物發光的魚類會產生自己的螢光素酶,該酶催化導致螢光素髮光的反應。但是在本週(1月8日)發表在《科學進展》上的一項研究中,研究人員表明,一種沿海魚類利用從其生物發光獵物(一種稱為介形蟲的甲科動物)中捕獲的螢光素和螢光素酶來發光。

紐約市大學海洋生物學家戴維·格魯伯(David Gruber)說,這項工作“挑戰了我們對魚類生物發光的看法。” 他沒有參與這項研究。“過去,我們認為魚要麼本身就是生物發光的兩個組成部分,要麼只是其中之一,但這是一個例子,它們既不製造生物發光,又從飲食中獲取它們。當一篇論文向我們展示了一個我們以前所不知道的角度時,我總是喜歡它。”

作為日本名古屋大學的研究生,現在是加利福尼亞州蒙特利灣水族館研究所的博士後的Manabu Bessho-Uehara著手研究生物發光的演變。他說,有200多個魚類發光,2016年的一項研究表明,海洋魚類中生物發光演化至少獨立發生了27次。“有趣的是,沒有人從任何一條魚中鑑定出螢光素酶基因,所以這就是我要開始的地方。”。

先前的研究表明,副單鰭魚屬(Parapriacanthus),西太平洋和印度洋沿岸發現的淺水魚類將螢光素從獵物中隔離在其發光器官中,但據信它們是在製造自己的螢光素酶。因此,當Bessho-Uehara和他在日本的同事在擬單鰭魚(Parapriacanthus ransonneti)基因組中尋找螢光素酶基因時,他們期望找到一個編碼魚蛋白的魚基因。相反,他們發現魚腹部的發光器官中的螢光素酶蛋白與這些魚食用的介形蟲所產生的酶相同。

這種發光的魚之所以能發光,是因為從獵物身上竊取了發光物質

P. ransonneti的腹部視圖,其發光器官發出暗藍光 圖片:MANABU BESSHO-UEHARA

研究人員在魚類基因組中未發現編碼螢光素酶的基因,表明這些動物從飲食中獲得了蛋白質。為了驗證這一假設,研究小組給這種魚餵食不發光的食物長達一年,導致其發光能力下降。然後他們給魚餵了另一種發光的介形蟲。經過新的飲食幾周後,魚又開始發光了。研究人員還在它們的發光器官中發現與新引入的介形蟲螢光素酶匹配的肽。

海洋研究與保護協會的創始人伊迪絲·維德(Edith Widder)沒有參加本次研究,她說:“當我第一次聽說它的時候,我有點懷疑,但是他們講了一個非常令人信服的故事,說這條魚實際上是利用從獵物中偷來的螢光素酶發光。”。她解釋說,令人驚訝的是螢光素酶是一種相當大的複雜分子,可以被消化系統吸收,並且不會降解到不再起作用的程度,作者也強調了這一觀點。

她說:“這就是為什麼當我聽說此消息時,我最初如此持懷疑態度的原因,因為我完全無法想象這是怎麼可能的。他們已經說服了我,這就是正在發生的事情,因此,這引發了許多其他問題,這些問題實際上是如何發生的。這只是一個驚人的進化創新。”

將來,Bessho-Uehara及其同事將繼續尋找魚類熒光素酶基因。他們還計劃研究蛋白質如何進入魚類細胞,以及其他生物發光魚類是否使用類似策略。

明尼蘇達州聖雲州立大學的生物學家馬特·戴維斯(Matt Davis)說:“由於它已經獨立進化了很多次,因此它的工作機理可能在一個譜系與另一個譜系之間大不相同。這只是表明,即使我們對某些譜系發光有很多瞭解,我們仍然有很多要學習的原理。”


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