四足类动物全会眨眼,这说明了什么?
majer @ 2023.05.01 , 05:20 下午眨眼是一种我们经常不加思索地做的动作,但它对于保护我们的眼睛和保持视力至关重要。然而,眨眼的进化历史却鲜为人知。现在,一种生活在陆地和水中的两栖鱼可能为我们提供了一些线索。
“动物眨眼的原因有很多。”宾夕法尼亚州立大学的生物学家Thomas Stewart说,“它帮助保持眼睛湿润和清洁,保护眼睛免受伤害,我们甚至使用眨眼进行交流。独立进化出眨眼行为的弹涂鱼让我们有机会测试眨眼的方式和原因。”
现代陆地四足动物的祖先大约在 3.75 亿年前从水中爬出,这种生活变化需要一些非常戏剧性的身体适应,从运动到感官知觉。
我们在几乎所有陆地四足动物(但不是密切相关的水生动物)身上观察到眨眼的行为,表明这是陆生动物适应性行为的一部分。
化石记录中缺乏保存完好的眼睑和泪腺组织,因此很难确定眨眼的确切时间和方式。但是今天有些动物生活在空气和水之间,就像那些早期的祖先一样。科学家们把注意力放到这里,看看它们是否会眨眼,以及为什么会眨眼。
如弹涂鱼(mudskipper)。它属于鰕虎鱼科的一个亚科,分布在非洲和印度-太平洋地区的红树林沼泽中。弹涂鱼有一些独特的适应能力,它可以通过皮肤和口腔内膜呼吸空气,也可以用尾巴跳跃在陆地上。而且,弹涂鱼还会用水或泥巴保湿它们的眼睛,以防止干燥和感染。
Stewart和研究的主要作者、西顿山大学的生物学家Brett Aiello 将印度弹涂鱼 (Periophthalmodon septemradiatus) 和大西洋弹涂鱼 (Periophthalmus barbarus) 放入栖息地水箱中,并设置高速摄像机记录它们的小弹涂鱼生活 ,在水和岸之间移动。
弹涂鱼与大多数鱼类不同,它有突出的眼睛,有点像青蛙的眼睛。 高速视频显示弹涂鱼确实会眨眼,以及它们是如何眨眼的。 该团队还将弹涂鱼眼睛的解剖结构与不眨眼的类似鱼的眼睛进行了比较。
动物王国中有许多不同类型的眨眼,眼睛上的膜和数量各不相同。 弹涂鱼通过将眼睛完全缩回眼窝来眨眼。 当眼球完全缩回时,在眨眼结束之前,它们会暂时被称为真皮杯的膜覆盖,然后眼睛会重新出现。
Aiello 解释说:“弹涂鱼的眨眼似乎是通过重新排列现有肌肉来改变它们的动作线,以及通过一种新组织——真皮杯——进化而来。这是非常有趣的结果,因为它表明可以使用一个非常基本或基本的系统来进行复杂的行为。你不需要进化出太多新东西来支持新行为。”
接下来是找出弹涂鱼眨眼的原因。有趣的是,他们发现弹涂鱼在水下很少眨眼;它们只有在碰到水箱中的物体(例如滤水器或其他弹涂鱼)时才会这样做。
接下来,研究人员测试了它们是否因为眼睛干燥而眨眼。他们增加了通过水箱的气流以增加蒸发率,并观察到弹涂鱼在潮湿地面上打滚以重新弄湿身体的速度增加,不仅仅是眨眼。
“我们发现,就像人类一样,弹涂鱼在面对干眼时会更频繁眨眼。”Aiello 说,“令人难以置信的是,即使这些鱼没有进化出任何泪腺或泪管,它们也可以用眨眼来润湿眼睛。我们的眼泪是由眼睛周围和眼睑上的腺体产生的,而弹涂鱼似乎混合了粘液 从皮肤上吸收环境中的水分,形成泪膜。”
研究人员还测试了眨眼的其他功能。他们将干的盐水虾卵(它非常像沙子,小动物习惯了)撒在一些弹涂鱼的眼睛上。
当存在灰尘刺激物时,会引发眨眼。研究人员还用柔软的探针轻轻触碰弹涂鱼的眼睛——触发了防御性眨眼以避免受到伤害。
“基于弹涂鱼眨眼这一事实,以及它完全独立于我们自己的鱼类祖先进化而成,拥有与我们自己的谱系中许多与相同的眨眼功能,我们认为这可能是四足动物适应环境时进化的一系列特征的一部分。”Stewart说。
参考 https://www.sciencealert.com/this-amphibious-fish-may-hold-the-secret-to-the-evolutionary-origins-of-blinking
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