安逸生活的进化代价 斑马鱼在实验室发生什么变化？

动物适应环境的能力显然是其生存的关键，但这种能力是否需要付出生理上的代价?“生命中一切馈赠都暗中标好了价格。”一项实验将实验室里的斑马鱼与野生斑马鱼进行了比较，结果表明确实如此。

　　

   

   

图:Fredrik Jutfelt是挪威科技大学鱼类生态生理学实验室的负责人，他研究了包括斑马鱼在内的各种鱼类。照片来源:挪威科技大学

如果你是一名研究人员的话，一定对斑马鱼不陌生。这些不起眼的家伙便宜，容易生长，每7天产生200个胚胎，幼鱼小而透明，但却是重要的模式生物。自从1972年匈牙利研究人员George Streisinger率先使用这些微小但重要的鱼类以来，科学家们利用斑马鱼研究从癫痫到环境污染物等各种问题。Kavli系统神经科学研究所的研究人员甚至观察了转基因斑马鱼的大脑，以研究大脑的布线系统。

据一位生物学家统计，斑马鱼经过了150代的驯化—— 一组研究人员意识到这提供了一次完美的进化实验。他们想知道实验室里的斑马鱼在这些世代中发生了什么，特别是对于“可塑性”这种特征。

“可塑性使得生物得以适应不同的环境，例如在不同的温度范围内保持一致，”Rachael Morgan说，她最近完成了挪威科技大学生物系的博士学位。“但可塑性——这种调整生理机能的能力——可能是有代价的，在这种情况下，在极其稳定的条件下饲养的驯养斑马鱼，随着时间的推移，应该会失去这种可塑性。”因此，研究人员对野生斑马鱼和实验室斑马鱼进行了一项实验，看看情况是否如此。他们的研究结果发表在《美国国家科学院院刊》上。

稳定的实验室温度降低了响应温度变化的需求

    研究人员通常在大约28摄氏度的最佳温度下饲养他们的实验室斑马鱼，这有助于健康生长和最佳繁殖。研究人员在他们的论文中观察到，随着时间的推移，实验室中的斑马鱼已经适应了这一点，以及在有很多其他鱼类、干粮和人类处理的小型水族馆中的生活。

    因此，Morgan和她的同事决定比较实验室斑马鱼与野生斑马鱼在不同温度下的反应。他们选取了300条实验室斑马鱼幼鱼和300条野生斑马鱼幼鱼，将它们置于15种不同温度中的一种中，持续35天。他们选择的温度(10-38摄氏度)是基于野生斑马鱼可能经历的温度范围。经过35天的适应期后，野生和实验室的鱼都接受了一系列的测试，如游泳活动、最大游泳速度、新陈代谢和生长速度等。结果表明，通过一系列测量，实验鱼确实失去了它们的生理可塑性。她说:“我们正在探索的是可塑性是否会有成本，如果有成本，那么我们预计可塑性会被选择，而如果没有必要保持它。这在很大程度上是我们的发现。我们还表明，生物的许多不同特征和不同层次(从基因到整个生物)都发生了变化，这是非常独特的。”

适应它们生活的环境

    该论文的资深作者Fredrik Jutfelt说，这项研究还显示了两个种群是如何通过进化来适应它们所处的环境的。他说:“实验室中的斑马鱼适应了它们在实验室中经历的狭窄温度范围，但失去了在高于或低于常用温度下表现良好的能力。”“野生鱼类经历了很宽的温度范围，并适应了这一点，因为它们可以利用生理可塑性来调整自己的生理机能，以保持功能。”

研究人员说，这项研究还提醒人们，斑马鱼等生物与它们的野生同胞并不完全相同。斑马鱼已被研究人员用于一系列研究课题，并在数十年间被驯化。“这项研究也说明了模式生物，比如实验室的斑马鱼，可能不能准确地代表它们的野生同类，” Jutfelt说。“这表明，在这种情况下，热可塑性的丧失会在一个生物体中发生多么迅速的变化。”

文章摘要
    可塑性可以缓冲环境变化，使生物体在各种环境条件下保持稳定的性能。因此，可塑性被认为对经历环境大幅波动的野生种群的生存特别有益——例如昼夜和季节性温度变化。保持可塑性被广泛认为是代价昂贵的；然而，证明这种成本的经验证据很少，仍不清楚可塑性的成本有多大，以及在最佳条件下可塑性和性能之间是否存在权衡。生物速率通常随着温度而增加，为了抵消这种影响，鱼利用生理可塑性来调整它们的生化和生理功能。野生斑马鱼每天和季节性的温度波动很大，这表明它们应该表现出很高的生理可塑性。相反，实验室斑马鱼 150 多代以来一直处于最佳温度和低热波动。作者将这种驯化视为进化实验，并探究与野生鱼类相比，这是否降低了实验室斑马鱼的生理可塑性。作者测量了置于从 10 °C 至 38 °C 之间的15种温度下的野生和实验室斑马鱼的各种表型特征——包括从基因表达到生理学再到行为。结果表明，适应实验室环境对生物学的各个层面都产生了重大影响。实验室鱼的可塑性降低，因此无法抵抗温度对代谢率和耐热性等关键性状的直接影响，这种差异可以在基因表达水平上检测到。这表明保持可塑性是有代价的。

“生命中一切馈赠都暗中标好了价格。”更直白一些，用进废退。