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倏然间 ， 一道灵巧的身影刺破宁静的水面 ， 在水面上空疾速滑翔——这是飞鱼矫健的身姿 。 是什么让这些应该生活在水里的鱼 ， 具有不可思议的“飞行”能力？
编译|李诗源
审校|二七
飞鱼（Exocoetidae）是一类广泛分布于全球海洋中的鱼 。 与一般的鱼相比 ， 它们的造型略显怪异 ， 拥有长而坚硬的胸鳍和腹鳍 ， 就像雄伟的机翼那样 。 但也仅需要身体上的这寥寥几处变化 ， 这些原本只能在水里游动的生物就具备了“飞翔”的能力 。 当然 ， 严格意义上说 ， 它们只能滑翔：利用在水下的加速跃出水面 ， 在空中利用空气动力学特性延长滑翔时间 ， 在即将再次入水时用尾部拍击水面实现连续腾空 。 飞鱼的单次滑翔距离最远可达180米 ， 而多次滑翔距离甚至可达400米 ， 这可以帮助它们逃脱捕食者 。
不过 ， 一直以来 ， 科学家并不知道是什么样的遗传机制让飞鱼有了这种特征 。 最近 ， 在哈佛大学医学院的马修·哈里斯（Matthew Harris）的带领下 ， 一群研究人员揭示了飞鱼演化出奇特鱼鳍的遗传机制 。 结合多种技术 ， 他们发现只需要2个基因发生变化 ， 就足以让飞鱼拥有这种奇特的身体结构 ， 其机制之简单让人惊讶不已 。 这项研究已于去年11月发表在《当代生物学》（Current Biology）上 。
鱼鳍生长的秘密
为了搜寻让飞鱼拥有奇特身体结构的遗传机制 ， 哈里斯的团队对包括飞鱼和它们的近缘种在内的35个物种进行了基因组测序和比对 。 他们把目光瞄准了不同物种间差异较明显的DNA区域 ， 发现了一些貌似在选择压下发生了演化的基因 。
德国康斯坦茨大学的演化生物学家朱斯特·沃尔特林（Joost Woltering）认为 ， 这种比较性的研究有助于发掘促使新的身体形态形成的驱动因素 。 “但是 ， 如何证明就是这一个基因导致了差异呢？我们很难让飞鱼的鳍再缩短回去 ， ”他说道 ， “必须要另外找一种可以开展实验的动物 。 ”
于是 ， 哈里斯的团队用斑马鱼（Danio rerio）开展了实验 。 他们使用化学试剂和伽马射线 ， 在1万多个斑马鱼胚胎中诱发了随机突变 ， 然后从那些存活至成体的个体中 ， 寻找他们感兴趣的性状 。 这种做法并不常见 ， 因为在斑马鱼中开展的遗传学研究关注的通常是它们的发育过程 。


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雅各布·达恩（Jacob Daane）当时是哈里斯实验室里的一名博士后研究员 。 他和同事还筛选了此前的一批斑马鱼长鳍突变体 ， 以更精确地寻找可能调控斑马鱼鳍生长的基因变体 。 他们的目光落到了2个突变基因上 ， 分别是导致细胞过表达外膜上的钾通道蛋白的kcnh2a ， 以及导致细胞亮氨酸转运体功能缺失的lat4a 。
研究人员发现 ， 在斑马鱼中 ， 亮氨酸转运体的突变导致所有的鳍都变短了 ， 而钾通道的突变导致所有的鳍变长了 。 如果这两种突变只发生其中一处 ， 斑马鱼的运动能力就会受到影响 。 但当这两个突变同时发生时 ， 斑马鱼的胸鳍就会变长 ， 而奇鳍（median fin ， 鱼类沿身体正中线生长的不对称鳍 ， 如背鳍、臀鳍和尾鳍）会变短 ， 变成俨然一副飞鱼的模样 。 对此 ， 达恩说道：“据我所知 ， 像这样通过非常简单的机制 ， 就能对器官的尺寸产生如此巨大的影响的情况 ， 在动物中并不常见 。 ”
演化的胜利