杜克科学家发现,大西洋常见这种鱼可以用皮肤看东西

【华e生活大唐编译】几年前,在佛罗里达群岛的一次钓鱼之旅中,生物学家Lori Schweikert遇到了一个不寻常的快速变化行为。她把一条被称为猪鱼的尖嘴珊瑚鱼卷了进来,扔上了船。但后来,当她去把它放在冷却器里时,她注意到一些奇怪的事情:它的皮肤呈现出与船甲板相同的颜色和图案。

从北卡罗莱纳到巴西的西大西洋常见的鱼类,猪鱼以其变色的皮肤而闻名。该物种可以在几毫秒内从白色变成斑驳的红褐色,融入珊瑚、沙子或岩石中。

尽管如此,Schweikert还是很惊讶,因为这条猪鱼虽然已经死了,但它仍然继续着它的伪装。这让她想知道:猪鱼能独立于眼睛和大脑,只用皮肤探测光线吗?

“这为我打开了整个领域的大门,”Schweikert说。

在接下来的几年里,Schweikert作为杜克大学和佛罗里达国际大学的博士后开始研究“皮肤视觉”的生理学。

2018年,Schweikert和杜克大学生物学家Sönke Johnsen发表了一项研究,表明猪鱼携带一种名为视蛋白的光敏蛋白基因,这种基因在它们的皮肤中被激活,而且这种基因与它们眼睛中的视蛋白基因不同。

从章鱼到壁虎等其他变色动物也被发现在它们的皮肤上产生感光视蛋白。但它们究竟是如何利用它们来帮助改变颜色的还不清楚。

“当我们在猪鱼身上发现它时,我看了看Sönke,然后说:为什么要在皮肤里装一个光探测器?现在是北卡罗来纳大学威尔明顿分校助理教授的Schweikert说。

一种假设是,感光皮肤帮助动物感知周围环境。但新的发现提出了另一种可能性——“他们可能用它来观察自己,”施韦克特说。

在8月22日发表在《自然通讯》杂志上的一项研究中,Schweikert、Johnsen和同事们合作仔细研究了猪鱼皮。

研究人员从鱼身体的不同部位取下皮肤,并在显微镜下拍摄了照片。

近距离看,猪鱼的皮肤就像一幅点彩画。每个色点都是一种叫做色素团的特殊细胞,含有红色、黄色或黑色的色素颗粒。

正是这些色素颗粒的运动改变了皮肤的颜色。当颗粒在细胞中扩散时,颜色就会变深。当它们聚集在一起形成一个难以看到的小点时,细胞变得更加透明。

接下来,研究人员使用一种称为免疫标记的技术来定位皮肤内的视蛋白。他们发现,在猪鱼中,变色的染色质细胞中不会产生视蛋白。相反,视蛋白位于它们正下方的其他细胞中。

用透射电子显微镜拍摄的图像揭示了一种以前未知的细胞类型,就在染色质的下面,充满了视蛋白。

Schweikert说,这意味着照射在皮肤上的光必须先通过充满色素的色素团,然后才能到达光敏层。

一种被称为猪鱼的尖嘴珊瑚鱼可以根据周围环境从白色变成斑点棕色再变成红色。图片由Kimberly 院长和Schweikert提供

研究人员估计,猪鱼皮肤中的视蛋白分子对蓝光最敏感。这恰好是鱼的色素体中的色素颗粒吸收最好的光的波长。

研究结果表明,鱼类的光敏视蛋白有点像内部的宝丽来胶片,当色素颗粒聚集或散开时,捕捉光线的变化,从而能够过滤掉上面充满色素的细胞。

约翰森说:“这些动物真的可以从内部给自己的皮肤拍照。”“在某种程度上,他们可以告诉动物它的皮肤是什么样子的,因为它不能真的弯腰去看。”

“需要澄清的是,我们并不是说猪鱼皮的功能像眼睛一样,”Schweikert补充说。眼睛不仅能探测光线,还能形成图像。“我们没有任何证据表明这就是他们皮肤上发生的事情,”Schweikert说。

相反,这是一种感觉反馈机制,可以让猪鱼监控自己皮肤的颜色变化,并对其进行微调,以适应眼睛看到的东西。

“它们似乎在观察自己的颜色变化,”Schweikert说。

研究人员表示,这项工作很重要,因为它可以为机器人四肢和自动驾驶汽车等设备的新感官反馈技术铺平道路,这些设备必须在不完全依赖视力或摄像头的情况下微调其性能。

约翰森说:“感官反馈是技术仍在努力解决的问题之一。”“这项研究对一种新的感官反馈系统进行了很好的剖析。”

“如果你没有镜子,你不能弯曲你的脖子,你怎么知道你是否穿着得体?”Schweikert说。“对我们来说,这可能无关紧要,”她补充说。但对于那些利用变色能力躲避捕食者、警告对手或求爱的生物来说,“这可能是生死攸关的。”

Leave a Comment

您的电子邮箱地址不会被公开。 必填项已用*标注

*