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魚防師:有毒長眼,誰吞誰倒黴?

作者:Science科學

據史密森尼學會網站報道,新發現的"劍狀眼窩骨"預計将重新洗牌緻命魚類之間的關系。2003年,堪薩斯大學的進化生物學家Leo Smith正在解剖一條天鵝絨魚。他希望找到天蠍座動物之間的關系,其中包括天鵝絨,虎魚,石魚和臭名昭着的獅子魚,這是一個共同的名字,源于每條魚臉頰上的骨頭。在解剖天鵝絨般的上颚時,他注意到一個奇怪的地方,他無法清除淚骨。

"對于普通的魚,上颚和骨頭之間有一些結締組織,你可以用解剖學刀片在它們之間切割,"史密斯回憶道。但當時我發現很難分離結構。當我最終将其分開時,我注意到結構不均勻,我突然意識到應該有某種鎖定機制。"他的工作重點是魚毒和生物發光的進化。

大多數天鵝絨鰓本身看起來很奇怪,它們全身都有棘輪和滴落狀斑點,是以這種不均勻的結構并不那麼罕見。但史密斯花了數年時間研究圓柱形的眼睛,這是他以前從未遇到過的。他和他的同僚們稱這種新發現的奇怪結構為"劍形眼窩骨"。

魚防師:有毒長眼,誰吞誰倒黴?

(這是Whyd Prowfish的X光片,它有一個"劍狀的眼窩骨"。它是一種虎魚,眼睛刺痛。)

史密斯的文章發表在《兩栖爬行動物雜志》(Journal of Amphibious Reptiles)上,與美國魚類和爬行動物科學家協會(American Association of Fish and Reptile Scientists)的一些成員合作,首次描述了這種不太可能的眼睑,以及另一種發出綠色熒光的小眼睛刺痛。研究人員沒有具體說明附件的目的。但他們聲稱,這一發現可能會破壞細胞周期蛋白的進化樹,并改變我們對這些劇毒魚類的了解。

這一發現也提出了一個問題:為什麼這個發光的,鎖定的劍狀附屬物被忽視了這麼長時間?

魚防師:有毒長眼,誰吞誰倒黴?

(一條名叫斑點食屍鬼的石魚半藏在礫石中。)

很容易錯過水下的石魚。魚,正如它們的名字一樣,與岩石非常相似,覆寫着鵝卵石,看起來像水下礫石或珊瑚礁。但是踩一個,你永遠不會忘記它。

海裡的毒魚比陸地上的蛇還多,甚至比所有有毒的脊椎動物都多。石魚是地球上最毒的魚。不幸的是,他被一條石魚咬傷了,正如一名受害者曾經描述的那樣,"用錘子敲打你的腳趾,用指甲一遍又一遍地摩擦它們。"有些潛水員在被石魚咬傷後死亡,但這并不常見。

石魚和它們的近親也非常擅長僞裝。有的魚在背上長出藻類和水獺,有的魚可以随意變色。誘餌蠍子魚的背鳍上有誘餌,類似于遊泳的小魚。這些神奇的生物主要生活在印度洋太平洋地區的熱帶水域,它們使用僞裝來伏擊獵物,并避免作為捕食者享用午餐。

劍狀眼窩骨是這些魚獨有的,但這種眼睛刺痛不知何故被忽視了。它的結構非常特殊。想象一下,一條魚鼓起的複雜棘輪,像棘輪和爪子一樣從側面鎖定到位,就像兩個鋒利的手臂。"他們通過鎖定機制移動附着在他們身上的底層骨骼,然後旋轉他們的眼睛,"史密斯說。"

至少一個物種的眼睛蜇傷,一種虎魚,發出淡黃綠色的熒光,而其餘的則在一些光線下發出橙紅色的光。

華盛頓大學的生物細胞學家和魚類專家亞當·薩默斯(Adam Summers)目前正在對40,000種魚類進行CT掃描。他掃描了3,052種魚類和6,077個樣本。多年來,他研究了許多種類的魚,以達到痔瘡的目的,但從未注意到眼睛叮蟄的結構。

薩默斯是皮克斯動畫公司第一次和第二次水下動員的科學顧問。"魚的直立防禦很常見,"他說。這是指當某些物種受到壓力或威脅時由身體結構豎立的解剖防禦。"如果你抓住一條魚并将其從鈎子上拉下來,你會感覺到它的背部粘起來,一直粘着你,"他說。但令人難以置信的是,我們多年來一直沒有在眼睛下面看到這種結構。"

研究人員使用DNA測序來證明他們的新發現。他們研究了5,280個受過教育的核苷酸,并使用12個外泌體作為對照組來建構家譜樹或進化樹。史密斯解釋說,一旦這棵樹被擁有,它就可以用來通過祖先狀态重建來跟蹤某些特征的進化曆史。這可能有助于生物學家将過去被認為是不同家族的魚類統一為一個家族。

史密斯解釋說:"過去,猞猁目的的分類令人困惑。鲱魚和石魚之間的關系确實存在問題,當這些魚被認為是兩個主要譜系而不是10條傳統魚時,許多與它們相關的名稱被删除了。現在它們比較容易區分這兩個家譜,眼刺的存在與否就可以完全區分了。

魚防師:有毒長眼,誰吞誰倒黴?

(在費爾德博物館,一隻胡子,在英語中被稱為Apistus carinatus,被一隻吃肉甲蟲吃掉,隻有骨頭。)

史密斯第一次解剖天鵝絨時,他不明白自己在看什麼。"我以為它們隻是有點刺,有點粗糙,"他說。他們的頭上有許多荊棘和颠簸。是以我說,'哦,這些眼窩骨頭更有趣。'"

史密斯花了數年時間解剖魚骨和活魚,以确定令人不寒而栗的患病率。幸運的是,作為堪薩斯大學生物多樣性研究所所長,他可以進入世界上最大的魚類标本庫之一。

許多标本是使用"清潔和染色"方法制成的,其中科學家将液體甲醛與稱為胰蛋白酶的胃酶混合以溶解肌肉和其他軟組織。結果,骨骼被染成紅色,軟骨被染成藍色,骨骼結構被清晰地呈現出來,就像彩色玻璃一樣。這項技術使科學家更容易研究脊椎動物的骨骼結構。

"研究魚的人經常與死魚打交道,許多好的技術不能應用于不能移動的動物,"薩默斯說。找到眼睛穿孔并意識到這是整個魚類種群的統一特征,這真是太好了。"

史密斯不确定為什麼魚會進化出這種特征。顯而易見的假設是,眼睛蜇傷是防禦性的,因為突出的刺擴大了頭部的寬度,使它們更難吞咽,更有可能刺穿捕食者。其他魚類也會實施類似的防禦措施:深海燈籠鲨的背上有發光的"光劍",科學家認為這可以防禦捕食者。

然而,史密斯并不确定眼部馬刺的防守效果。他說,另一種可能性是吸引配偶。換句話說,眼刺的真正含義仍然是一個謎。

2006年,史密斯和沃德·惠勒發現超過1,200種魚類有毒,高于早先估計的約200種。十年後,史密斯将該物種更新為2386至2,962。他還與著名魚類科學家馬特·戴維斯(Matt Davis)和約翰·斯帕克斯(John Sparks)合著了論文,并在《公共圖書館雜志》(Journal of the Public Library of Science)上發表。該論文指出,該論文表明,海洋魚類譜系的生物發光特性已經進化了27次。他甚至修改了蝴蝶魚的分類。

史密斯的新發現可能會颠覆對魚類關系的了解,明尼蘇達州聖克勞德州立大學生物學副教授Sarah Gibson說,他研究三疊紀魚類。"我認為這是一項非常重要的研究,"她說。"

了解石魚的進化曆史是保護它們的關鍵,薩默斯補充說,"我們需要知道它們的真實樣子,否則我們将無法做到這一點。《劍形眼窩骨之謎》是一個值得探索的有趣題材,我還是很震驚,我們以前沒有發現過。"

最後,這一發現也驗證了史密斯告訴《紐約時報》的話,盡管經過了幾個世紀的研究和探索,"我們仍然對魚類一無所知。

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