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洞穴魚為啥沒眼睛?馬莉花十年解開謎團→

作者:開屏新聞

眼睛是心靈的窗戶。你見過沒有眼睛的魚嗎?它們又為什麼會沒有眼睛?馬莉用十年時間,揭開了這個謎團。

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犀角金線鲃

奇妙的緣分

10年破解眼睛退化謎題

9月4日,春城晚報-開屏新聞記者來到中國科學院昆明動物研究所,采訪從事洞穴魚類研究工作的馬莉。

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在她的帶領下,記者參觀了其課題組養殖的洞穴魚類。房間的左右兩面牆都豎立着4排魚缸,每一排被隔成6個魚缸,裡面養了形态各異的洞穴魚。

她指着這些魚說:“我現在最大的希望就是把它們繁殖成功。”

馬莉與洞穴魚的“情緣”,從她讀研究所學生時就開始了。她說:“2006年,當時恰逢昆明動物博物館開館,我在參觀的時候偶然駐足看到一個沒有眼睛的洞穴魚标本,覺得特别神奇,它怎麼會沒有眼睛呢?”為了解開這個謎題,她積極聯系國外洞穴魚類的頂尖專家。2010年2月3日,她離開祖國赴美留學,并分别在美國馬裡蘭大學、芝加哥大學伍茲霍爾海洋生物學實驗室攻讀博士後,研究方向一直是洞穴魚類。

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曆經十年,她終于找到了導緻洞穴魚類眼睛退化的首個基因。2020年6月份,這一科研成果發表在國際頂尖學術期刊《自然—通訊》上。

2020年8月她回國,到中國科學院昆明動物研究所繼續開展洞穴魚類研究。要研究,得要先有魚才行。為此,她得到了同一個機關的楊君興研究員課題組的支援獲得了一些魚;又找到廣西大學、貴州師範大學等國内同行獲得了一些魚。現在,她的課題組已經有近30個洞穴魚類群了。

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資源豐富

大陸洞穴魚類占全球總量的一半以上

大陸的洞穴魚類資源豐富,1936年大陸就發現了第一種洞穴魚類,1976年首次發現了盲魚。1976年,中國科學院昆明動物研究所的褚新洛、陳瑞銀等人在紅河哈尼族彜族自治州建水縣羊街壩,地下100米深處的地下水中發現了一條體長34毫米的小魚。

到目前為止,大陸的洞穴魚類有效物種數量已經超過了150種,占據世界洞穴魚類物種總量的55%。這些洞穴魚類主要分布在中國西南地區,包括雲南、貴州和廣西。

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大陸報道超過一半的洞穴魚物種都為金線鲃屬魚類,所有的金線鲃物種至少有一部分生命周期生活在洞穴或地下河流中。迄今為止,共報道了76種金線鲃屬洞穴魚,分布于90個樣點,位于雲貴高原及周邊地區(包括雲南省東部、貴州省中南部和廣西壯族自治區西北部)的岩溶洞穴水和地表河流或湖泊中。

雲南是金線鲃多樣性最大的地區,主要為典型洞穴魚類,目前記錄的有32個金線鲃物種。

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叉背金線鲃

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雙角金線鲃

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駝背金線鲃

洞穴是一種極端的生存環境,其特點是持續黑暗、溫度均勻、缺乏細菌或植物等初級生産者,導緻洞穴内的營養物質主要來自洞外環境,是以洞穴生物也面臨季節性食物匮乏的挑戰。另外,相關研究表明洞穴水體的含氧量僅為地表水體的50%甚至更低,而洞穴魚是一類高度适應食物匮乏和低氧的洞穴生物。在洞穴中,洞穴魚的食物主要來自于蝙蝠的糞便,各種有機碎屑,或者在豐水季節流入洞穴中的食物。

研究高度近視

洞穴魚類可以發揮作用

近年來,中國洞穴魚在進化發育生物學中的應用有了長足的發展,對多個物種進行了大規模的全基因組測序,進而揭示了一系列性狀相關的基因,在國際洞穴魚類研究領域引起了極大的關注。該研究預測了洞穴物種相關性狀基因,将中國盲魚相關後續研究的藍圖已經打開。

為了适應洞穴裡的特殊環境,洞穴魚類進化出了一系列獨特的性狀,譬如視覺和色素退化、鱗片退化、觸須更加發達、味蕾數量增多、睡眠喪失、儲藏大量脂肪、身體出現極為獨特的隆背和頭角等。

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角金線鲃

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田林金線鲃

洞穴盲魚,是研究人類眼部疾病的優良動物模型。許多人類相關的眼部疾病與洞穴魚類的自然進化特征相似,如小眼症、獨眼症、視網膜色素變性和缺損、鞏膜缺損等。在胚胎發育過程中,洞穴魚最初形成眼睛,但随後突然退化,最終在成體中失去眼睛。洞穴魚類眼部鞏膜組織異常變薄,鞏膜纖維層明顯減少或丢失,這與人類高度近視患者中鞏膜中膠原蛋白含量明顯降低的現象一緻。

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小眼金線鲃

馬莉說:“從分子角度揭示這些性狀改變的遺傳變異機制,對于洞穴魚類資源的挖掘與創新利用具有重要意義。”

目前,馬莉所在的中國科學院昆明動物研究所洞穴魚類發育與進化科學組正在和上海複旦大學附屬眼耳鼻喉科醫院、雲南省第一人民醫院合作,由醫院提供臨床樣本,昆明動物研究所洞穴魚類發育與進化科學組用洞穴魚作為研究人眼發育的動物模型,開展近視和高度近視疾病機理的研究,旨在從根源上解決近視治療的難題,為人類高度近視的治療提供潛在靶點和開辟新的醫療方法。

春城晚報-開屏新聞記者 楊質高 實習生 黃月 文 中國科學院昆明動物研究所供圖

一審 楊茜

責任編輯 袁熙

責任校對 易科彥

主編 嚴雲

終審 編委 李榮

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