知否谁说黑漆漆深海里的生物，不是瞎子就是色盲？

作者 辰辰

出品 网易科技《知否》栏目组（公众号：tech_163）

图示：生活在深海中的灯笼鱼 研究发现灯笼鱼家族中的一些成员眼睛中有多种视杆色素蛋白，能够在黑暗的深海环境中感知到颜色。

　　长期以来，科学家们一直认为深海生物眼中所看到的是一个完全黑暗的无色世界。但是最新研究在部分深海鱼体内发现了多种视杆色素蛋白，其之前在脊椎动物中从未发现过，但或许能够让生活在深海的一些鱼分辨出更多颜色。

　　这一发现挑战了长期以来关于深海生物如何感知颜色的假设。

　　“我们根本没有意识到这一点，”该研究负责人、澳大利亚布里斯班昆士兰大学海洋生物学家法比奥·科特西（Fabio Cortesi）说。

　　波士顿大学生物学家克纳利(Christopher Kenaley)虽然并没有参与这项研究，但他说这份报告应该促使科学家重新考虑深海鱼类视力非常有限的传统观点。

　　“深海里有一些关于动物如何交流的重要问题，”他说，“新发现让我们了解到它们可能如何能够互相发现。”

　　脊椎动物的视觉是由眼睛后部的感光细胞实现的。这些被称为视杆和视锥(rods and cones)的细胞含有色素蛋白，可以检测到不同类型的光，并将信息传递给大脑。

　　典型的脊椎动物眼睛中有多种类型的视锥细胞，每种视锥都能够在明亮工作环境下感应到一定范围内的颜色。除此之外，眼睛中还有一种视杆细胞，能够在昏暗环境下感知光线。由于视杆细胞有着相同的色素蛋白，因此视杆细胞不能分辨颜色。

图示：人们在很多深海鱼类的眼睛中发现了能够过滤黄光的色素蛋白

　　科特西和他的同事们想知道是否能从长期生活在黑暗环境中的鱼类中发现一些例外。2015年一项以浅水鱼类为主要对象的科学研究引发了他们的疑问。该研究发现，其中一些鱼类体内的视锥细胞色素蛋白基因比科学家们此前预期的要多。

　　“我们只是想，如果其他鱼类的视觉系统比之前认为的更复杂，我们应该研究研究深海鱼，”瑞士巴塞尔大学(University of Basel)进化生物学家沃尔特·萨尔茨伯格(Walter Salzburger)说，其曾经全程监督了该研究。毕竟，如果真的有鱼类能够在黑暗中以多种方式观察环境，那么它们肯定是生活在光线无法照射到的深海中。

　　人们对生活在海平面以下1000多米的鱼类知之甚少。一些深海鱼类的瞳孔会变大，视杆细胞能够帮助它们捕捉周围光线。在这些深度，大部分光线是由鱼类自身通过生物发光产生的。

　　在这项新研究中，研究人员首先计算了101种生活在不同栖息地的鱼类基因组中视杆和视锥色素蛋白的基因数量。尽管他们发现了12种拥有多达7个视锥色素蛋白基因的鱼类，但真正让他们震惊的是发现了13种拥有不止一个视杆色素蛋白基因的鱼类。

图示：拥有强视觉的深海鱼：银棘鳍鱼（上）、灯笼鱼（中）和管眼鱼（下）

　　其中有四种鱼类拥有五种以上视杆色素蛋白基因，它们分别是管眼鱼(Stylephorus chordatus)、冰川灯笼鱼(Benthosema glaciale)、长翼棘鳍鱼(Diretmoides pauciradiatus)和银棘鳍鱼(Diretmus argenteus)。

　　这四种鱼都生活在海平面以下1000到2000米的地方。其最近的共同祖先可以追溯到1亿多年前，所以研究人员认为这些额外的基因在每个谱系中都是独立进化的。

　　“是为了观察猎物吗？或者是在几乎完全黑暗的环境中寻找伴侣？还是为了躲避捕食者？” 萨尔茨伯格说。“这是我们能想到的三个主要的进化优势。”

　　但这些鱼类真的借助了额外的视杆色素蛋白吗？为了回答这个问题，研究小组检查了代表36种不同鱼类的样本。其中一些组织样本已经保存在实验室里，另一些则是在垂钓时获得的。

　　科特西和其他研究人员在晚上用拖网捕鱼，这样鱼就不会受到可能损害其眼睛的阳光照射。科特西说，用拇指大小的鱼装满一小桶就需要6个小时。

　　在这36种鱼类中，大多数只有一种活性基因可以产生视杆色素蛋白。至少有三种鱼类拥有5种视杆色素蛋白活性基因。

　　其中拥有最多视杆色素蛋白活性基因的是银棘鳍鱼。它有38种视杆色素蛋白基因，其中14种在眼睛内部起作用。相比之下，大多数人只用了三种视锥色素蛋白来感知整个世界的颜色。

　　萨尔茨伯格说，目前还不清楚银棘鳍鱼是如何利用所有这些视杆色素蛋白的，但科学家们怀疑它们可能会增加对微弱光线的敏感度。

　　为了弄清楚银棘鳍鱼可能会看到什么颜色，研究人员用一些细菌在培养皿中培育了银棘鳍鱼的一些视杆色素蛋白，然后用一束光进行照射，看看色素蛋白能够吸收哪一部分光谱。他们发现这些色素蛋白的探测范围可以覆盖到整个生物发光的光谱——从不同深浅的蓝色、绿色到黄色。

　　最后，他们用这些结果来预测其他拥有多种视杆色素蛋白的深海鱼类能够看到哪些颜色。这些色素蛋白的形状是关键因素，因为不同形状的色素蛋白对不同波长的光敏感。

　　研究工作表明冰川灯笼鱼、管眼鱼和长翼棘鳍鱼可能能够探测到蓝光，以及绿色和黄绿色的光。但它们的感知范围不会像银棘鳍鱼那么广。

　　目前科学家并没有行为实验，因此还不能确定这些鱼是否真的用它们的视杆细胞来看到各种颜色。萨尔茨伯格说，这项实验很难成功，因为这些鱼不仅很难捕到，而且一旦被带出水面，就无法长时间存活。

　　尽管如此，没有参与这项研究的科学家们一致认为，用多种视杆色素蛋白来辨别鱼类本身就是一个新鲜事物。

　　生物学家大卫·亨特(David Hunt)专门研究脊椎动物的视觉进化，他称这一发现“相当惊人”。

　　“这是未知的，完全出乎意料。” 亨特说，“我还在努力弄清它的真正含义。”

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