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揭开比目鱼“比目”之谜

2020-02-24 07:10:52 《百科知识》 2020年4期

徐茹晖 宁波

比目鱼,因成鱼身体左右不对称、两只眼睛均位于头部的同一侧而得名。在中国文化中,比目鱼常常被视为爱情忠贞的象征。如以“鹣鲽情深”,比喻人与人之间感情深厚,尤指夫妻之间无比恩爱。

“比目”之谜

比目鱼种类繁多,主要类别有鳒、鲆、鲽、鳎、舌鳎等。为便于记忆,在鱼类分类学中有“左鲆右鲽,左舌鳎右鳎”之说。

比目鱼的两只眼睛为什么会长到同一边去呢?

从古至今,不少学者对这一问题给出了各种各样的解释,上海海洋大学的鲍宝龙教授更是对该问题进行了20余年的研究。

1994年,正在师从著名鱼类学家孟庆闻教授读研究生的鲍宝龙,首次接触比目鱼的苗种培育工作。他观察发现,虽然比目鱼的仔鱼与正常鱼类一样左右对称;但在长成过程中,它的一只眼睛逐渐往上移动,越过头背部到身体的另一侧,身体随之同步逐渐倾斜,最终倒伏在水底生活。这样的变化不禁让他心生好奇:比目鱼的眼睛为什么能移动?为什么是这一只眼睛移动,而不是另一只眼睛移动?究竟是什么在调控比目鱼眼睛的移动呢?

从“头骨变形说”到“细胞挤压说”

对于这些问题,早在19世纪就出现很多假说进行解释。1987年,英国学者布鲁斯特综合前人假说,并通过观察多种比目鱼类发育过程的头骨变化,提出了自己的假说。他认为,比目鱼眼睛的移动是由头骨变形造成的,其中主要包括额骨的扭转和左右侧筛骨的不对称扩大。

布鲁斯特的假说得到大部分人的认同,虽然这个假说看起来挺有道理,但是仔细分析下来还是有些模糊不清的地方。比如,额骨位于眼睛的上方,且与眼睛并没有直接接触,用其扭转所产生的力带动眼睛向上移动,显然不是一个最优选项。这就像有一个比较重的箱子,在没有任何搬运工具的情况下,想让它向前移动,最省力的方法是在后面推,而不是在前面转圈企图带动周围的风卷起箱子向前。鲍宝龙据此大胆推测:眼睛下方有限区域内分裂的细胞之间产生拥挤,驱使其上方的眼睛向上移动。

在牙鲆、半滑舌鳎、塞内加尔鳎三种比目鱼的眼睛的移动过程中,人们确实发现移动眼下方有限区域内分裂的细胞明显多于上方,另一侧的非移动眼则刚好相反。此研究结果并不支持布鲁斯特假说,但非常符合贾尔于19世纪提出的假说,即“比目鱼类哪只眼睛移动,取决于两只眼睛之间哪只眼睛更‘强,‘强的眼睛将会移动,‘弱的那只眼睛将停留在原来的位置;移动的眼睛将沿着透明皮肤下面的一条绕过头背面的‘路线进行”。由于当时的学者批评贾尔的假说仅仅是一个推测,并没有实验依据,所以此假说一直以来都没有被业界认可。

鲍宝龙实验室在此基础上,通过在牙鲆、半滑舌鳎、塞内加尔鳎三种比目鱼移动眼下方区域注射细胞分裂抑制剂,成功地抑制了它们眼睛的移动,培养出眼睛不移动、两眼保持对称的比目鱼稚鱼,并发现其左右额骨仍然保持对称。可见,比目鱼眼睛的移动是其眼睛下方有限区域内分裂的细胞之间产生拥挤的结果,并不是像布鲁斯特假说所推测的那样由额骨扭转造成的;相反,额骨的扭转是眼睛向上移动的结果。

调查比目鱼成鱼的眼睛被挤压的情况,可进一步验证该发现是否具有普遍性。鲍宝龙发现,比目鱼可以移动的眼睛是由其下方的分裂细胞挤压上去的,那么,成体比目鱼的眼睛在其背腹轴方向的长度应该要比头尾轴的短。调查发现,比目鱼的左右眼都曾经被挤压,移动眼则被挤压得更明显;两眼对称的体型类似比目鱼的鲳亚目鱼类,左右眼都没有被挤压。这表明,在比目鱼类中,眼睛下方分裂细胞推动眼睛移动的机制具有普遍性。

那么,为什么是比目鱼的这一只眼睛移动,而不是另外一只眼睛移动呢?鲍宝龙提出的组织学模型可以很好地解释这个问题。究竟比目鱼的哪只眼睛会移动,取决于其左眼或右眼下方有限区域的分裂细胞与眼睛上方区域的差值,哪一方分裂细胞数明显多于上方区域,则哪一方的眼睛会移动,如鲆类是右眼,鲽类则是左眼。如果两只眼睛下方区域的分裂细胞均明显多于上方,那这两只眼睛都能往上移动;如果两只眼睛下方区域的分裂细胞均不多于上方,那这两只眼睛就都不能往上移动。实际上,两眼移动到头顶或两眼均没有移动的比目鱼在人工养殖的群体中并不少见。

谁在调控眼睛的移动

那么,比目鱼眼睛的移动是受什么因子调控的呢?早在1985年,两位日本学者山野佳祐和三轮理受甲状腺激素调控蝌蚪变态的启发,发现比目鱼的眼睛移动也是由甲状腺激素调控的。

是否还存在其他激素或分子调控眼睛移动呢?鲍宝龙推测,视黄酸可能也能调控比目鱼眼睛的移动。这是因为,视黄酸受体能够与甲状腺激素受体组成异二聚体,共同发挥作用。实验结果表明,视黄酸受体基因可与调控眼睛移动的甲状腺激素受体基因共表达—在移动眼下方组织中注射视黄酸,会抑制细胞分裂而导致眼睛移动停止。至此,鲍宝龙发现,比目鱼类眼睛的移动受甲状腺激素和视黄酸的双重调控,它们的关系类似于昆虫变态调控的保幼激素和脱皮激素。该发现大大加深了人们对于脊椎动物变态调控机制的认识。

鲍宝龙实验室及其合作者的这些研究成果已在国际著名的杂志《自然-遗传学》(Nature Genetics)、《发育生物学》(Developmental Biology)上发表。目前,鲍宝龙实验室与合作者正在继续探索比目鱼类眼睛移动的适应进化的分子机制。希望在不久的将来,人类能彻底揭开比目鱼类眼睛移动背后的谜题。