中国肿瘤生物治疗杂志

生物是如何完成跨度很大的进化的? 

来源:中国肿瘤生物治疗杂志 【在线投稿】 栏目:综合新闻 时间:2021-02-11

猴子不想打字,猴子只想梳毛泡温泉,你们想过猴子的感受吗?没有!

演化在一定程度上是随机的,但不是无限猴子这种完全的随机,新性状的诞生不是无中生有,必须要基于已有的性状。你觉得某些进化「跨度大」无非是因为:

  • 历史上某些性状「过渡态」的所有者都灭绝了;
  • 如今履行某项功能的结构在这之前可能在干着别的事;
  • 你不知道它跨度没那么大——或者说,如果你尝试多了解一点它的有关信息,那你也不会觉得这跨度有多大。

那下面就说说鱼类的放电能力怎么进化出来的。

一句话解释:大众熟悉的电鳗电鳐电鲇这些电压大到具备能攻防能力的鱼类统称为「强电鱼类」(strongly electric fish),除此之外,还有一大堆只能放出微弱电流的鱼,统称为「弱电鱼类」(weakly electric fish),它们放电主要是为了探测或交流。

是不是跨度一下就没那么大了?

现存鱼类中具放电能力的类群总计有六:鳐形目、电鳐目、鲇形目、裸背鱼目、骨舌鱼目和?,总计不下五百种鱼类。六个类群都各自独立进化出了发电器官。

裸背鱼目 Gymnotiformes 下的 250 个物种都具备放电能力,但只有电鳗属 Electrophorus 下的三个物种为强电鱼类。
2019 年,原本的电鳗被拆成了三个种:电鳗、伏打电鳗E.voltai以及瓦氏电鳗E.varii。其中,伏打电鳗所释放的电压最高可达 860V,象征着现存鱼类发电能力的巅峰。
电鲶科 Malapteruridae 是鲇形目下唯一的强电鱼类类群,而电鲶 Malapterurus eletricus 则是继电鳗之后的世界第二大强电鱼类,电压可达 300~400V。
电鳐目 Torpediniformes 全员皆为强电鱼类,其中,地中海电鳐 Torpedo nobiliana 释放的电压可达 220V。
鳐形目 Rajiformes 鳐科的放电鱼都为弱电鱼类,它们的放电器官位于尾部,具体功能不明。图为犁头鳐 Amblyraja radiata。
象鼻鱼科 Mormyridae 约有 200 个物种,是发电鱼类中的第一大科。图为彼氏锥颌象鼻鱼 Gnathonemus petersii。
骨舌鱼目弓背鱼亚目 Notopteroidei 在六个类群中最早进化出发电能力(白垩纪),该分类下的三个类群:弓背鱼科、裸臀鱼科、象鼻鱼科中,除了部分随着板块运动迁徙至非洲北部的弓背鱼科物种外,全员具有放电能力。
?形目 Uranoscopiformes 目前只有?属 Uranoscopus 下的一个物种以及星?属 Astroscopus 被确认具放电能力,但一旦能放电则必是强电鱼类。图中的大西洋星?Astroscopus y-graecum 释放的电压最高可达 50V。

人类对放电鱼类的记载最早可以追溯到古埃及,而对其发电能力演化起源的猜测也是从达尔文时代就开始了。现在我们知道,发电器官由被称作电板(electrocyte)的扁平细胞组成,一个电板能在两侧制造最高 150mV 左右的电压,成百上千的电板像电池那样串联起来,就能产生数十乃至上百 V 的电压。二十世纪后半叶,人们将电板内表达的基因与其他细胞比较后发现,电板其实是特化的骨骼肌肌肉细胞(一个例外是裸背鱼目的线翎电鳗科Apteronotidae,它们的电板由脊神经细胞派生而来)。

事情突然就变得无趣了:我们知道神经活动其实就包含了一系列放电过程,也就是说有神经的动物都能产生电流,而研究结果显示,发电鱼类不过是加强了这种能力而已,并没有无中生有出什么东西。

现存发电鱼类六个类群在鱼类中的演化关系(A)、发电器官所在部位、电板排列方式(B)以及单个电板细胞的形状(C)。
电鳗发电器官各级结构的示意图

以电鳗属为例,它们的电板细胞与正常的肌纤维细胞相比,主要有这么几个差异:

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