海洋鱼类生物荧光的重复广泛进化：珊瑚礁环境驱动下的多起源与功能分化

为解决海洋鱼类生物荧光(Biofluorescence)的进化起源与生态功能问题，研究人员系统调查了459种硬骨鱼(Teleostei)的荧光特征，结合时间校准系统发育分析揭示该性状在112百万年前首次出现于鳗鲡目(Anguilliformes)，并独立进化101次。研究发现珊瑚礁物种的荧光进化速率是非礁物种的10倍，表明珊瑚礁的色光环境促进了荧光信号的功能分化（如伪装、种间识别）。该成果发表于《Nature Communications》，为理解海洋生物光学适应与生态辐射提供了新视角。

　　

在深邃的海洋中，一场隐秘的光学盛宴已持续上演了上亿年——许多鱼类能够吸收蓝光并转化为绚丽的绿光或红光，这种现象被称为生物荧光(Biofluorescence)。不同于依靠化学生物发光的生物，荧光鱼类是通过吸收特定波长的环境光再发射更长波长的光来实现"自体发光"。珊瑚礁作为海洋中的"热带雨林"，其复杂的色光环境（波长470-480 nm的蓝光主导）为荧光信号提供了独特的舞台。然而，这种神秘的光学现象何时起源、如何进化、为何在珊瑚礁鱼类中如此普遍，一直是进化生物学家未解的谜题。

美国自然历史博物馆等机构的研究团队在《Nature Communications》发表了一项突破性研究。通过整合48个新发现物种与文献记载的413种荧光鱼数据，构建了包含613种鱼类的系统发育树，结合祖先状态重建和多样化速率分析，首次系统揭示了海洋鱼类生物荧光的进化历程。研究发现，荧光能力在硬骨鱼中至少独立进化了101次，最早可追溯至1.12亿年前的鳗鲡目。更惊人的是，珊瑚礁鱼类的荧光进化速率是非礁栖物种的10倍，暗示珊瑚礁的特殊光环境（如珊瑚自身的红光荧光）可能驱动了荧光信号的适应性分化。

研究采用了多项关键技术：1) 使用450-470 nm激发光与514/561 nm长通滤光片系统检测红/绿荧光；2) 基于Rabosky等的时间校准系统发育树进行祖先状态重建；3) 应用MuHiSSE模型分析荧光与礁栖习性的协同进化；4) 海洋样本跨太平洋、大西洋等多海域采集（包括所罗门群岛、巴哈马等）。

物种水平调查
新增48种荧光鱼记录，使已知荧光硬骨鱼达459种（87科34目），其中261种发红光、150种发绿光、48种双色荧光。礁栖种类占总数43%（196/479），显著高于非礁栖环境。

荧光进化重建
鳗鲡目（1.12亿年前）是荧光的最早起源节点（PP=66.8%），随后在海龙目（1.04亿年前）等类群独立进化。系统发育映射显示101次获得事件与78次丢失事件，表明荧光在部分类群中具有进化可塑性。

荧光颜色分化
鳗鲡目祖先以绿光为主（62%概率），而鲈形目(Perciformes)祖先偏好红光（68.9%）。有趣的是，隆头鱼科(Labridae)的两个姐妹群分别进化出红（Pseudocheilinus+Cirrhilabrus）和绿（Cheilinus）荧光，显示颜色选择的趋异适应。

多样化速率分析
尽管模型支持性状独立进化，但礁栖物种向荧光状态的转化率(q₀₁=0.1)显著高于非礁栖物种(q₀₁=0.01)。荧光礁鱼向非礁环境扩散的速率是反向的2.6倍，暗示荧光可能促进生态位拓展。

这项研究改写了人们对海洋光学信号进化的认知：1) 生物荧光是硬骨鱼的"进化工具箱"中的常见选项，而非特殊适应；2) 珊瑚礁作为"光学实验室"，通过增强对比度（如珊瑚红荧光背景）和提供阴影微环境，加速了荧光功能的分化（伪装、性选择等）；3) 荧光分子多样性（如鳗鲡的GFP样蛋白与鲨鱼的小分子代谢物）提示存在多种生化途径实现光学适应。

研究还留下关键悬念：为何红光荧光（视觉识别距离更短）在礁鱼中占优势？是否与珊瑚礁鱼类的长波敏感视蛋白（如Pomacentridae的600 nm敏感视蛋白）协同进化？这些问题为未来研究指明了方向。随着深海探测技术的发展，更多神秘的"荧光密码"正等待破译——这项研究为理解海洋生命的光学语言奠定了系统框架。