一项突破性的研究揭示了关于anglerfish（琵琶鱼）独特进化的令人兴奋的细节，这些引人入胜的深海生物以其独特的适应性而闻名，吸引了研究人员和公众的关注。这项研究发表在《自然生态与演化》杂志上，探讨了这些神秘的鱼类如何在资源稀缺的深海透光区这一挑战性栖息地中繁荣生长，深海透光区位于海面下3300至13000英尺之间。
由一组生物学家进行的研究，包括瑞斯大学的Kory Evans和他的前本科生Rose Faucher，追溯了琵琶鱼（Lophiiformes）的进化历程，研究它们是如何从海底栖息地迁移到深海的开放水域的。通过对博物馆标本进行先进的基因分析和三维成像技术，研究人员重建了琵琶鱼的进化树，并强调了使这些鱼类能够在地球上最不适宜环境之一中繁荣生存的物理变化。
琵琶鱼以其从额头悬挂的生物发光诱饵而著称，旨在吸引在深海永恒黑暗中的猎物。然而，它们的进化故事远不止这一显著特征。研究表明，深海琵琶鱼（ceratioids）是由最初栖息在大陆坡的海底祖先进化而来，然后跃入深海透光区的开放水域，为迅速的进化发展铺平了道路。ceratioids随后采用了更大下巴、更小眼睛和扁平身体等特征——这些适应性特别适合在食物稀缺且没有阳光的环境中生活。
尽管存在这些趋势，ceratioids在体形上表现出令人惊讶的变化，从经典的圆形琵琶鱼到比如“狼捕”表型的长形品种，其下颚结构类似于一个捕捉工具。这一发现是研究中最意外的结果，因为它表明，与对生态多样性有限的假设相反，深海透光区允许了显著的进化探索。ceratioids并没有因深海的环境挑战而受到限制，而是探索了新的进化机会，使其身体结构和捕猎方法多样化。
“具有生物发光诱饵和大嘴等独特特征的深海琵琶鱼可能代表了资源有限的深海透光区中少数被充分记录的适应辐射实例之一，”该论文的共同通讯作者、生命科学助理教授Evans表示。“这些特征可能使琵琶鱼在利用稀缺资源和应对极端环境条件上具有优势，尽管我们没有强有力的证据直接将这种多样性与资源专门化相关联。”
Evans还提到，这项研究留有可能性，即与适应无关的因素，如选择压力减轻或随机突变，也可能在观察到的变异中发挥了作用。
研究人员在栖息于不同环境的琵琶鱼类群之间进行了进一步引人入胜的比较，发现如蛙鱼等沿海物种在多样化和富饶的珊瑚礁生态系统中茁壮成长，其进化变化率显著低于它们的深海亲戚。
“在这个领域，认为资源稀缺、均质环境——鱼被水包围——能够产生多样的身体和头骨形态，这真的令人难以置信，”与加州大学欧文分校的博士后研究员Elizabeth Christina Miller共同领导这篇论文的Faucher说道。“通常，当鱼类与浅水中的珊瑚和植物或海底的沙子和岩石等不同对象互动时，我们会期望形态存在更大的变化。然而，我们在这些只与水相互作用的深海鱼类中看到了各种形态。”
研究人员采用了一种复杂的方法组合，构建了琵琶鱼的进化树，使用从132个物种收集的1092个基因位点的数据，涵盖了约38%的所有已描述物种，以及化石校准和基因组信息，以计算分歧时间和祖先栖息地。他们从博物馆标本中收集了形态数据，包括线性体测量和使用微型CT扫描分析的三维头骨形状。为了评估进化趋势，团队使用系统发育比较方法研究表型和谱系多样化，而差异分析量化了不同琵琶鱼类群和栖息地之间形态多样性的程度。随后采用贝叶斯模型重建祖先栖息地，证明ceratioids是由底栖祖先进化而来，之后才进入了远洋区。最后，主成分分析展示了琵琶鱼如何占据不同的表型空间区域，突出身体、头骨和下颚形状的进化模式。
“琵琶鱼展示了生命如何在极端条件下进行创新，”Evans说。“这项研究不仅提高了我们对深海生物多样性的理解，还凸显了进化的机智和创造力。”
这项研究的意义远超琵琶鱼的进化历史，为生命如何适应极端环境提供了宝贵视角。深海依然是最不为人知的生态系统之一，但它在全球生物多样性和碳循环中发挥着至关重要的作用。像琵琶鱼这样的生物提供的见解可以帮助科学家预测生命如何响应环境变化，包括与气候变化相关的变化。此外，这项研究提出了关于宏进化的更广泛问题：新物种如何出现、适应和多样化。通过证明即使是在资源贫乏的栖息地中也能促进可观的进化辐射，这项研究挑战了既定信念，开辟了探索极端环境中进化的新路径。
这项研究部分由FishLife（国家科学基金会DEB-1541554和NSF DEB-2144325）；NSF博士后奖学金（DBI-1906574和DBI-2109469）；NSF DEB-2237278；NSF DEB-2144325；NSF DEB-2015404资助。
