神奇的盲眼洞穴鱼是如何在低氧环境中生存的？

　　

洞穴鱼（俗称盲鱼，cavefish）是一种奇特的生物。它们长期生活在洞穴中，视觉退化，全身透明，因为它们已经在黑暗的地下世界里进化了数千年。

如今，辛辛那提大学的研究人员表明，这些不可思议的鱼有着同样出色的生理机能，可以帮助它们应对其他物种无法生存的低氧环境。

他们在研究墨西哥脂鲤这种模式生物后发现，洞穴鱼通过更大的红细胞产生更多的血红蛋白。血红蛋白帮助机体在细胞、器官和鱼鳃之间运输氧气和二氧化碳。这项研究发表在《Scientific Reports》上。

洞穴鱼在世界各地的洞穴中进化。此次研究的物种是墨西哥脂鲤（Astyanax mexicanus），它是由生活于河流表面的表层鱼（Surface fish）和生活在洞穴中的盲鱼（Cavefish）构成的单一物种。

有意思的是，表层鱼是银色的，而洞穴鱼却呈淡粉色，几乎是半透明的。此外，洞穴鱼的眼窝轮廓十分模糊，而表层鱼的眼睛又大又圆，似乎永远都有一种惊讶的表情。

辛辛那提大学副教授Joshua Gross表示，尽管这两种鱼有许多明显的生理差异，但很多人认为它们是同一物种的成员。因此，它们成为生物学家研究进化和遗传适应的一种模式生物。

多年来，Gross及其学生对这些令人困惑的鱼有了一定的了解。他们发现，洞穴鱼的头骨是不对称的，这可能是为了适应在没有视觉线索的世界中导航。他们还鉴定出导致洞穴鱼几乎透明的基因。其他机构的科学家报告说，洞穴鱼的睡眠时间比表层鱼少。

在最新的研究中，Gross等研究人员检测了洞穴鱼血液中的血红蛋白，看看这是否能解释它们是如何在低氧的地下洞穴环境中生存下来的。他们研究了三个墨西哥洞穴鱼群体，分别是Chica、Tinaja和Pachón。

尽管快速流动的地表溪流中充满了氧气，但洞穴鱼生活在很深的洞穴中，那里的积水长期不受干扰。研究发现，这些积水中的溶解氧远远低于地表水。

第一作者Tyler Boggs表示：“它们一直在四处游动，但几乎无法获得营养。这是一个悖论。它们正在消耗所有能量，但能量从哪里来？”

血液样本显示，洞穴鱼拥有的血红蛋白比表层鱼更多。研究人员假设，洞穴鱼有更高的红细胞比容，这是一个临床指标，指的是红细胞占全血容积的百分比。

他们预计洞穴鱼会有更多的红细胞，“但是实际上是一样的，”Gross说。“我们不知道发生了什么。”之后他们又检查了这两种鱼的红细胞，发现相比之下，洞穴鱼的红细胞要大得多。

Gross表示：“这种大小差异在很大程度上解释了红细胞比容的差异。我们对细胞大小的进化机制知之甚少，因此我们可以利用这一发现来了解动物如何进化出更高的血红蛋白含量。”

他们认为，血红蛋白的增加可能会允许洞穴鱼在低氧环境中更长时间地觅食。洞穴鱼通常必须更加努力地在洞穴中寻找有限的食物。

Boggs表示，科学家对鱼类如何从水中吸收氧气非常感兴趣。由于气候变化和人类发展，海洋系统正在经历更多的生态灾难，比如赤潮、藻类大量繁殖，这些低氧环境往往会导致大量鱼类死亡。

“这里有很多生态相关性，”他说。“淡水环境和海水环境都存在这一情况。研究人员正试图引发人们对这一可怕问题的关注。”

原文检索

Tyler E. Boggs, Jessica S. Friedman, Joshua B. Gross. Alterations to cavefish red blood cells provide evidence of adaptation to reduced subterranean oxygen. Scientific Reports, 2022; 12 (1) DOI: 10.1038/s41598-022-07619-0