身形細小的盲眼洞穴魚棲息于美國東部各處的地下水域。在一項新研究中，耶魯大學研究人員揭示了這些獨特穴居生物的進化奧秘，并開創了一種測定其棲息地下生態系統年代的特殊方法。
通過對所有已知盲眼洞穴魚物種的基因組分析，研究人員發現不同物種獨立定居洞穴系統，并在適應黑暗洞穴環境時演化出相似特征，包括眼睛和色素的退化。近日，相關研究成果發表于《分子生物學與進化》期刊。
美國洞穴魚在不同物種中獨立演化出盲眼特征，基因證據將洞穴年齡推算至1100萬年以上，并為人類眼病研究提供新見解。圖源：Shutterstock
通過研究導致魚類眼睛退化的基因突變，研究人員構建了一種“突變時鐘”，借此估算各物種開始失去眼睛的時間。他們發現最古老的洞穴魚物種密蘇里洞穴魚的視力相關基因，最早可追溯至1100萬年前開始退化。
該技術為魚類定居的洞穴提供了最低年齡限定，因為當洞穴魚視力開始退化時，它們必然已棲息于地下水域。
“北美東部古老的地下生態系統很難用傳統洞穴年代測定技術確定年齡，這些技術在超過300~500萬年的上限后便不可靠?！痹撜撐牡谝蛔髡摺⒁敶髮W研究生Chase Brownstein表示，“通過確定洞穴適應型魚類譜系的年齡，我們可以推斷其棲息洞穴的最低年齡，因為這些魚類不可能在陽光充足的地表生活時就開始失去視力。根據測算，我們估計部分洞穴的最低年齡超過1100萬年?！?/span>
研究人員利用化石記錄、基因組數據以及對所有現存相關物種的高分辨率掃描，重建了盲眼洞穴魚的時間校準進化樹。
為探究洞穴魚開始定居洞穴的時間（這是進化樹分支無法揭示的），研究人員研究了魚類基因組，檢測了88個視力相關基因的突變。分析顯示，不同洞穴魚譜系導致視力喪失的基因突變組合完全不同。這表明各物種獨立定居洞穴并適應地下生態系統。
在此基礎上，研究人員開發出一種計算方法，通過統計洞穴魚物種開始因喪失視力相關基因功能副本而適應洞穴生活所經歷的世代數，推算出其進化時間軸。
分析表明，密蘇里洞穴魚的洞穴適應發生在225萬至1130萬年前，其他洞穴魚譜系的最早適應時間在34.2萬至170萬年前（最低值）和170萬至870萬年前（最高值）之間。研究人員稱，這些發現證實至少四個盲眼洞穴魚譜系在從地表祖先演化后，獨立定居了洞穴。
該論文通訊作者、耶魯大學教授Thomas Near表示，這些發現對人類健康具有潛在啟示?！拔覀冊诙囱~基因組中發現的許多導致眼睛退化的突變，與引起人類眼病的突變相似。通過研究洞穴魚這個自然系統，我們有可能獲得對人類眼病基因組機制的見解，這為轉化醫學提供了可能性。”
相關論文信息：https://doi.org/10.1093/molbev/msaf185
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