一项研究揭示，性寄生有助于深海鮟鱇鱼适应黑暗、广阔的海洋深处，并可能为免疫抑制的医学研究提供见解
一项研究揭示，性寄生有助于深海鮟鱇鱼适应黑暗、广阔的海洋深处，并可能为免疫抑制的医学研究提供见解。
耶鲁大学的研究人员发现，深海鮟鱇鱼中的性寄生行为，即雄鱼永久附着在雌鱼身上，促进了它们从浅水栖息地向深海“午夜区”的适应。该研究结合了基因分析和进化生物学，表明这种行为对免疫抑制技术的医学进步有潜在影响。
深海鮟鱇鱼的独特繁殖策略
作为地球上最广袤的生态系统，深海是一个很难找到配偶的地方。然而，科学家发现，一些深海鮟鱇鱼已经发展出一种非凡的繁殖策略，确保一旦在广阔的水域中找到伴侣，它们会终生保持联系。
这些称为鳕鲀鱼的鮟鱇鱼通过性寄生进行繁殖，其中微小的雄鱼附着在它们大得多的雌鱼身上进行交配。在某些物种中，雄鱼咬住雌鱼，然后在交配过程完成后释放。在其他物种中，雄鱼永久融合到雌鱼体内。在一种称为义务寄生的过程中，雄鱼的头部溶解到雌鱼体内并与其循环系统融合，雄鱼变成一个永久的精子生产性器官。
进化优势的研究
在5月23日发表在《当代生物学》杂志上的一项新研究中，耶鲁大学的研究人员研究了性寄生如何与鱼类的其他特征协同作用，影响鮟鱇鱼的多样化，这种动物遍布全球海洋，其名字来源于雌鱼用来引诱猎物的钓竿状附器。
理解性寄生的进化对未来医学进步有着重要的启示。
鮟鱇鱼免疫基因组退化的进化背景。图片来源：《当代生物学》/Brownstein 等人。
鮟鱇鱼免疫基因组退化的进化背景
使用鮟鱇鱼基因组的遗传数据，研究人员展示了复杂特征——如性寄生——如何帮助一些鮟鱇鱼群体从浅水栖息地（如珊瑚礁）过渡到“午夜区”的黑暗开放水域，这是一种阳光无法穿透的深海生态系统。
“人们往往对某类动物在特定生态系统中繁荣的原因有单一特征的解释，但在大多数生物中，似乎有几种独特的创新协同作用来开发新栖息地，”耶鲁大学生态与进化生物学系研究生、该研究的共同第一作者Chase D. Brownstein说。“我们发现，一系列特征，包括那些性寄生所需的特征，使鮟鱇鱼在极端全球变暖期间侵入深海，当时地球的海洋处于生态动荡中。”
基因洞察与医学启示
在这项研究中，研究人员重建了深海物种的进化历史。他们展示了从底栖行走者（使用修饰鳍在浅水区“行走”的鮟鱇鱼）到深海游泳者的快速转变，发生在距今5000万至3500万年前的古新世-始新世极热事件期间，这一时期全球高温导致了海洋中的大规模灭绝。
最终，研究人员无法推断出深海鮟鱇鱼的明确进化树，因为各系谱间的分化速度过快，导致系谱关系无法解析，但他们发现性寄生的起源与鮟鱇鱼向深海的转变同时发生，尽管他们无法确定哪种形式的寄生——临时附着或义务寄生——最先出现。
多种特征同时进化以支持性寄生。例如，鮟鱇鱼需要进化出极端的性二型性，即大雌鱼和微型雄鱼。它们还需要丧失适应性免疫——即专门的免疫细胞和抗体系统，以便雌性宿主的身体不排斥寄生雄鱼。
通过重建与适应性免疫相关的关键基因的进化历史，研究人员发现，多个深海鮟鱇鱼群体趋同地退化了适应性免疫，从而实现了性寄生。虽然性寄生随着深海鮟鱇鱼向深海迁移而进化，但他们认为这并不是驱动鳕鲀鱼多样化的关键特征。然而，它确实使鮟鱇鱼在午夜区中取得了成功，Brownstein说。
“性寄生被认为对适应深海非常有利，深海是地球上最大且最均质的栖息地，”他说。“一旦个体在那片广阔的海洋中找到伴侣，义务性寄生使它们能够永久附着，这似乎是深海鮟鱇鱼进化的关键。”
该研究对人类健康有潜在影响，研究的高级作者、耶鲁大学生态与进化生物学教授、耶鲁皮博迪博物馆海洋脊椎动物馆长Thomas Near说。
“更好地理解深海鮟鱇鱼如何失去适应性免疫，可能有助于未来医学程序的进步，例如器官移植和皮肤移植，这些程序中免疫抑制至关重要，”他说。“这是一个未来医学研究的有趣领域。”
参考文献：
“协同创新促进了鮟鱇鱼在深海开放海洋中的辐射” 作者：Chase D. Brownstein、Katerina L. Zapfe、Spencer Lott、Richard Harrington、Ava Ghezelayagh、Alex Dornburg 和 Thomas J. Near，2024年5月23日，《当代生物学》。 DOI: 10.1016/j.cub.2024.04.066
该研究的共同作者还包括北卡罗来纳大学夏洛特分校的Katerina L. Zapfe和Alex Dornburg；耶鲁大学的Spencer Lott；美国自然资源部海洋资源部的Richard Harrington；以及芝加哥大学的Ava Ghezelayagh。