深藏黑暗1100万年，洞穴鱼类何时开始失去眼睛？
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身形细小的盲眼洞穴鱼栖息于美国东部各处的地下水域。在一项新研究中，耶鲁大学研究人员揭示了这些独特穴居生物的进化奥秘，并开创了一种测定其栖息地下生态系统年代的特殊方法。
通过对所有已知盲眼洞穴鱼物种的基因组分析，研究人员发现不同物种独立定居洞穴系统，并在适应黑暗洞穴环境时演化出相似特征，包括眼睛和色素的退化。近日，相关研究成果发表于《分子生物学与进化》期刊。
美国洞穴鱼在不同物种中独立演化出盲眼特征，基因证据将洞穴年龄推算至1100万年以上，并为人类眼病研究提供新见解。图源：Shutterstock
通过研究导致鱼类眼睛退化的基因突变，研究人员构建了一种“突变时钟”，借此估算各物种开始失去眼睛的时间。他们发现最古老的洞穴鱼物种密苏里洞穴鱼的视力相关基因，最早可追溯至1100万年前开始退化。
该技术为鱼类定居的洞穴提供了最低年龄限定，因为当洞穴鱼视力开始退化时，它们必然已栖息于地下水域。
“北美东部古老的地下生态系统很难用传统洞穴年代测定技术确定年龄，这些技术在超过300~500万年的上限后便不可靠。”该论文第一作者、耶鲁大学研究生Chase Brownstein表示，“通过确定洞穴适应型鱼类谱系的年龄，我们可以推断其栖息洞穴的最低年龄，因为这些鱼类不可能在阳光充足的地表生活时就开始失去视力。根据测算，我们估计部分洞穴的最低年龄超过1100万年。”
研究人员利用化石记录、基因组数据以及对所有现存相关物种的高分辨率扫描，重建了盲眼洞穴鱼的时间校准进化树。
为探究洞穴鱼开始定居洞穴的时间（这是进化树分支无法揭示的），研究人员研究了鱼类基因组，检测了88个视力相关基因的突变。分析显示，不同洞穴鱼谱系导致视力丧失的基因突变组合完全不同。这表明各物种独立定居洞穴并适应地下生态系统。
在此基础上，研究人员开发出一种计算方法，通过统计洞穴鱼物种开始因丧失视力相关基因功能副本而适应洞穴生活所经历的世代数，推算出其进化时间轴。
分析表明，密苏里洞穴鱼的洞穴适应发生在225万至1130万年前，其他洞穴鱼谱系的最早适应时间在34.2万至170万年前（最低值）和170万至870万年前（最高值）之间。研究人员称，这些发现证实至少四个盲眼洞穴鱼谱系在从地表祖先演化后，独立定居了洞穴。
该论文通讯作者、耶鲁大学教授Thomas Near表示，这些发现对人类健康具有潜在启示。“我们在洞穴鱼基因组中发现的许多导致眼睛退化的突变，与引起人类眼病的突变相似。通过研究洞穴鱼这个自然系统，我们有可能获得对人类眼病基因组机制的见解，这为转化医学提供了可能性。”
相关论文信息：https://doi.org/10.1093/molbev/msaf185
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