小丑鱼幼体可以快速改变基因以在海中生存

珊瑚鱼幼体每秒也能以10到12个身长的高速游泳。
A clownfish swimming in an anemone.
在定居珊瑚礁生活之前,许多珊瑚鱼在公海产卵,然后必须逆流而上才能返回。 Deposit Photos

《海底总动员》上映已近20年,那条迷失的“珊瑚礁里的小 小丑鱼”游进了我们的心里。然而, 珊瑚鱼 的魅力远不止它们美丽的鳞片和虚构的童话故事。 

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一项于5月11日发表在开放获取期刊《PLOS Biology》上的研究发现,一些栖息在海葵和珊瑚礁的鱼类,在从公海幼体高速游泳转变为定居珊瑚礁生活时,会经历剧烈的生理变化。  

尼莫和他年轻的海龟朋友“龟龟”可能比他们的年龄有更多的共同点。像 海龟 一样,许多珊瑚鱼在远离它们最终定居和生活的地方产卵。成年的珊瑚鱼 在公海产下幼体,然后幼体 逆流而上,回到它们将作为成年鱼生活的珊瑚礁。其他底栖海洋生物,如海星、珊瑚和海胆,也遵循这种模式。 

“生命最初的几周对珊瑚鱼来说可能是最脆弱的,如果它们无法成功,就意味着它们无法长成健康的成年鱼并为珊瑚礁生态系统做出贡献,”该研究的合著者、詹姆斯·库克大学海洋生物学家Jodie L. Rummer告诉《PopSci》。

所有这些游泳都消耗了小鱼大量的能量,但一旦它们在珊瑚礁底部定居下来,它们就必须大幅度地改变节奏,并在夜间 缺氧(低氧) 的环境中生存。

为了更深入地了解这种适应过程是如何发生的,研究团队每天测量了肉桂海葵鱼 (Amphiprion melanopus) 幼体的游泳速度、氧气摄入量和低氧耐受性。他们在实验室环境中观察了它们,从孵化到定居,通常在生命中的第九天左右。

“作为幼体,珊瑚鱼,包括海葵鱼,相对于它们的体型来说,是游泳速度最快的,”该研究的合著者Adam Downie告诉《PopSci》。Downie目前是澳大利亚昆士兰大学的动物生理学家,他以詹姆斯·库克大学博士生的身份进行了这项研究。“在我们的研究中,最大速度超过12厘米(4.7英寸)/秒,但对于指甲盖大小的鱼来说,这意味着每秒10-12个身长。相比之下,相对于它们的体型,包括小丑鱼在内的珊瑚鱼幼体在游泳测试中要胜过大多数其他海洋生物,甚至胜过所有人类!”

此外,他们观察到鱼的低氧耐受性在大约第五天增加,而它们的氧气摄入量减少。为了研究它们的身体如何应对缺氧,他们对不同年龄的幼体进行了mRNA测序,以寻找在发育过程中发生的基因活性的变化。这些生理变化与产生血红蛋白的基因区域相关,并且在发育过程中有2,470个基因的活性发生了变化。

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Rummer说:“这些小鱼可以及时改变编码携氧和储氧蛋白的特定基因的表达模式,以应对珊瑚礁上如此低的氧气条件。这些蛋白质,如血红蛋白和肌红蛋白,也存在于我们的体内,对于从环境中获取氧气并将其输送到肌肉、心脏和其他器官至关重要。确实,时机就是一切!”

研究发现,相对于它们的体型,肉桂海葵鱼(也称为肉桂小丑鱼)幼体的氧气摄入率是目前测量过的所有硬骨鱼中最高的。它们能够进行的基因改变,以吸收更多的氧气,支撑了珊瑚鱼能够以让最杰出的 奥运选手 都羡慕的速度游泳。据Downie说,一些研究测得小丑鱼的速度可达每秒50个身长,而 迈克尔·菲尔普斯 的速度则略低于每秒两个身长。 

鉴于 气候变化对所有海洋生物的威胁,该团队认为,海洋温度升高可能会削弱小丑鱼的游泳能力,因为能量需求非常高。变暖的海水使珊瑚礁生态系统面临更大的风险,此外还有 珊瑚白化海洋酸化疾病 等等。 

Downie说:“接下来的步骤将是研究气候变化的各种压力因素,如温度和污染物,可能如何影响小丑鱼幼体的游泳表现以及它们从公海成功过渡到珊瑚礁的能力。” 

 

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Laura Baisas

新闻编辑

Laura 是 Popular Science 的新闻编辑,负责报道各种主题。Laura 对所有水下事物、古生物学、纳米技术特别着迷,并探索科学如何影响日常生活。


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