海鲂鱼是一种外观奇特的鱼，就像来自苏斯博士书中的生物一样。它拥有典型的鱼的身体，“翅膀”像鸟，腿像甲壳类动物。这六条蟹状的腿使其非常适合在海底爬行、挖掘和寻找食物。然而，它们的腿不仅仅用于移动。相反，它们是海鲂鱼用来在沙中挖掘时寻找埋藏猎物的全感官器官。这些发现已详细刊载于 9 月 26 日在 Cell Press 出版的《Current Biology》杂志上的两项研究中。
“如何创造一个新器官？”
海鲂鱼是长形鱼类，头部有骨骼，分布在世界各地的温带海域。它们标志性的“腿”是其胸鳍的延伸，每侧有三条。海鲂鱼非常善于寻找食物，以至于其他鱼类有时会围绕在它们身边以获取一些残羹剩饭。
2019 年，该研究的合著者、哈佛大学博士后研究员 Corey Allard 在鳕鱼角海洋生物学实验室观察了这些有腿的鱼，并对其产生了浓厚的兴趣。
“我们看到水箱里有一些海鲂鱼，他们给我们看了，因为他们知道我们喜欢奇怪的动物，”Allard 在一份声明中说。“海鲂鱼是具有非常不寻常、非常新颖特征的物种的例子。我们想用它们作为一个模型来问，‘如何创造一个新器官？’”
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Allard 与斯坦福大学研究海鲂鱼发育遗传学的研究人员合作。他们首先试图确定这些腿是否是感官器官，这一点一直被怀疑，但尚未得到证实。
Allard进行了使用圈养海鲂鱼捕食的实验。在捕食过程中，它们会在短距离游泳和用腿在水底行走之间切换。它们也会时不时地抓挠沙子表面，以寻找贻贝、贝类或其他埋藏的猎物，而无需看到它们。
在实验中，该团队意识到这些腿对化学和机械刺激很敏感。即使他们埋藏了仅含有一种化学物质的胶囊，鱼也能找到它们。
视频来源：Current Biology Allard Herbert Krueger 等人。
新鲜的鱼
研究进行到一半时，该团队收到了额外的鱼。虽然它们看起来和原来的鱼一样，但它们不像其他鱼那样挖掘并寻找埋藏的胶囊或猎物。
“我以为它们只是不争气，或者设置有问题，”该研究的合著者、哈佛大学分子生物学家 Nicholas Bellono 在一份声明中说。
该团队实际上获得了不同种类的海鲂鱼。他们最终在这两项研究中都对其进行了分类。Prionotus carolinus会挖掘以寻找埋藏的猎物，并且对触觉和化学信号高度敏感。Prionotus evolans没有这些感官能力。相反，它们用腿进行探测和移动，但不是用来挖掘。
当他们检查这两个物种的腿之间的差异时，他们注意到了一些关键区别。Prionotus carolinus——那些会挖掘的——拥有更像铲子的腿，上面覆盖着一些称为乳头的突起。这些类似于我们舌头上的味蕾。不挖掘的鱼的腿是杆状的，没有乳头。该团队认为乳头是进化的亚特化。
弄清楚这些特殊的附属物是如何进化的，可以帮助科学家们了解进化如何适应非常特定的环境。大约六百万年前，我们人类学会了直立行走。双足行走使我们与我们的灵长类祖先分离，但我们只知道一点点关于这个转变是如何、何时以及为什么发生的。海鲂鱼及其适应海底生活的进化可能提供一些线索。负责海鲂鱼腿部发育的基因转录因子也存在于其他动物的肢体中——包括我们自己的肢体。
为行走而生的基因
第二项研究侧重于遗传学，参与者包括斯坦福大学的 David Kingsley 和 Amy Herbert，意大利物理学家 Agnese Seminara，以及德国马克斯·普朗克研究所的生物学家 Maude Baldwin。该团队检查了这种不寻常行走特征的遗传基础。
“尽管许多特征看起来是新的，但它们通常是由长期存在的基因和模块构建的，”该研究的合著者 David Kingsley 在一份声明中说。“进化就是这样工作的：通过修补旧的零件来创造新的东西。”
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在该研究中，他们使用了转录组学和基因组编辑等技术，以确定哪些基因转录因子用于腿部形成和功能。他们还创造了两种腿部形状不同的海鲂鱼杂交种，以探索这些差异的遗传基础。
“Amy 和 Corey 在描述这种动物方面做了很多工作，我认为从行为描述到分子描述再到进化假说描述，这是一个非常罕见的跨越，”Bellono 说。“我认为这是如何提出一个科学问题并以好奇和开放的心态严谨地去解决它的一个很好的蓝图。”
