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海龍科魚類的演化機制成為一個出圈的有趣話題

2021-08-20 13:40:06 來源：中國科學(xué)報

中國科學(xué)院南海海洋研究所研究員林強團隊牽頭完成的最新科研成果，揭示了關(guān)于草海龍附葉形成與牙齒丟失的演化機制，并首次闡明了海龍科魚類性別決定基因的產(chǎn)生和演化歷程。近日，相關(guān)研究以封面論文形式發(fā)表于《科學(xué)進展》。

是雄性卻能懷孕，吃肉卻不長牙齒，這些極其另類的生物學(xué)特征，使得海龍科魚類的演化機制成為一個“出圈”的有趣話題。海龍科魚類，包括海馬和海龍，具有豐富多樣的形態(tài)特征和獨特的雄性育兒行為，一直是海洋生物進化和物種保護研究的熱門對象。

“在海龍科魚類群中，草海龍體形最為獨特，其體表生長的大量‘附葉’可似海草般隨水流搖曳，從而完美地隱匿于海草床中，是海洋魚類中的‘擬態(tài)達人’。”林強指出，物種特異性狀的發(fā)生，是對生存環(huán)境適應(yīng)性進化的重要響應(yīng)。草海龍的“附葉”正是為適應(yīng)海草床而演化出的新器官。

研究發(fā)現(xiàn)，“附葉”表達基因主要從皮膚和鰭等器官募集而來，表明相關(guān)基因?qū)π缕鞴佼a(chǎn)生和維持的重要作用。另外，“附葉”還擁有大量免疫反應(yīng)和組織修復(fù)的相關(guān)基因，暗示“附葉”不僅是“擬態(tài)”工具，同時具有重要的免疫和再生作用，幫助草海龍應(yīng)對捕食者或病原微生物侵擾，可能對草海龍成功適應(yīng)海草床生態(tài)系統(tǒng)有著重要意義。

海龍科魚類主要以小型甲殼類為食，是名副其實的“肉食動物”。然而，它們卻沒有牙齒用以捕獵，主要依靠細長的管狀吻吸食獵物。研究表明，脊椎動物普遍存在的scpp5基因在海龍科魚類中出現(xiàn)了假基因化。通過基因編輯技術(shù)敲除scpp5基因后，斑馬魚的牙齒減少且出現(xiàn)嚴重畸形，證實了該基因的功能缺失是海龍科魚類牙齒丟失的關(guān)鍵因素。

此外，在草海龍祖先的進化過程中amhr2基因偶然發(fā)生復(fù)制，并承擔(dān)起雄性性別決定的功能，成為了草海龍雄性特異性性別決定基因amhr2y。amhr2y在草海龍的近緣種綠海龍中還存在基因融合事件，但在其他海龍科物種中均未發(fā)現(xiàn)該基因，說明了海龍科魚類性染色體和性別決定基因的多樣性和進化過程的復(fù)雜性。另外，作為草海龍雄性的身份標記，amhr2y基因可用于鑒定和區(qū)分幼魚性別，有助于草海龍種質(zhì)資源保護。