我叫玫瑰高原鰍（Triplophysa rosa），生活在重慶武隆的地下溶洞裏。和我的鄰居們一樣，我們長期生活在黑暗的地下水域中，因此不約而同地演化出色素退化、嗅覺增強等獨特特徵。

也正因爲如此，我們成了科學家研究適應性演化（自然選擇下對生存有利的變異積累）和趨同演化（不同物種在相似環境中演化出相似的特徵）的理想對象。

對我自己而言，這卻是一個生命如何在黑暗中找到出路的曲折歷程。

我的家：沒有陽光的地下洞穴

作爲一條玫瑰高原鰍，我的身體形態和其他洞穴魚類相似：皮膚沒有色素，呈半透明的肉紅色，眼睛也因長期不用而退化。我的名字，是爲了紀念2003年在重慶武隆縣首次發現我的“紅玫瑰探險俱樂部”[1]。

玫瑰高原鰍

（圖片來源：參考文獻[2]）

我的家，是一條地下暗河，這裏永遠漆黑一片。不像我的表哥（近緣種）——細尾高原鰍，它住在四川的山間小溪裏，天天曬着太陽，有着令我羨慕的“小麥色”皮膚。

細尾高原鰍

（圖片來源：參考文獻[2]）

我的家裏，只有石頭、水流和偶爾飄過的食物碎屑，沒有陽光，更沒有紫外線。小時候，我常常好奇：爲什麼表哥的皮膚能“防曬”，而我卻渾身透着淡淡的粉色？近期，中國科學院動物研究所魚類進化與基因組學研究組的科學家們，研究發現，那是因爲我的皮膚裏製造黑色素的“工廠”——黑素小體，幾乎停工了。

我的“粉色祕密”是基因出了差錯

總有人拼命在美白，可我的“白”並非主動選擇，而是基因“使然”。科學家們取了我的皮膚樣本，在顯微鏡下觀察發現，我的表皮層和真皮層裏的黑素小體——那些負責製造黑色素的“小車間”，數量比生活在地表的魚類少太多，甚至一個都沒有。

地表魚類細尾高原鰍（左）和洞穴魚類玫瑰高原鰍（右）皮膚的染色切片（c、d）和黑素細胞電鏡照片（e、f）

（圖片來源：參考文獻[2]）

後來，科學家們深入研究了我的基因，發現多個與黑色素合成相關基因的表達顯著下調，其中，一個名爲mitfa的關鍵基因更是發生了突變。這個基因本該像“指揮棒”一樣，指揮下游的“工人”製造黑色素，但因爲它發生了一個剪接突變，少了21個氨基酸，導致“指揮棒”斷裂，無法發出指令。“工人”們沒了指令，自然就“停工”了，色素也因此無法合成。[2]。

爲了確認是mitfa基因突變導致了我的“褪色”性狀，科學家們還利用斑馬魚mitfa突變體進行了功能拯救實驗。結果顯示，來自地表魚類的mitfa基因能有效恢復黑色素合成，而我的mitfa基因則顯得無能爲力。感謝斑馬魚的幫助，它證實了我們家族色素退化的關鍵因素！

地表魚（上圖）洞穴魚（下圖）的功能拯救實驗結果圖

（圖片來源：參考文獻[2]）

環境變遷讓“白”成爲優勢

但是這並非我用不到色素所以就不要了，如果這樣，那你們就把我想得太聰明瞭，就像一百多年前提出“用進廢退”觀點的拉馬克一樣。生物的意志和慾望可不會在演化中起作用，況且，我還並不一定擁有這樣的“自由意志”。

科學家進一步的分析顯示，洞穴魚譜系中色素相關基因的Ka/Ks比值（非同義替換率/同意替換率）比地表魚的高。這說明，洞穴環境對我們的基因約束變小了，不能合成色素的基因突變更容易保留下來。

具體來看，色素對於地表魚（細尾高原鰍）是生存必需品：黑色素能抵禦紫外線損傷、幫助僞裝躲避天敵，因此，那些因基因突變而不能正常合成色素的個體，會被自然選擇嚴格淘汰。

然而，對於洞穴魚（玫瑰高原鰍）而言，洞穴環境是“永恆黑暗”。在這裏，紫外線消失，黑色素的“防曬”功能毫無用武之地；黑暗中視覺僞裝也失去意義。此時，色素不再是生存必需的性狀。即便相關的基因突變不能正常合成色素，也並不會帶來更強的選擇壓力。

因此，這個故事可能是這樣的：大約537萬年前，我們的祖先選擇了定居洞穴。後來，一個偶然的個體發生了突變，不再能合成色素。假如我們還生活在地表，那它大概率會被自然選擇淘汰。但是現在，有沒有色素對我們來說都無關緊要。

甚至，“褪色”反而成了我的優勢！有限的能量被重新分配到了其他生命過程中，幫助我的後代積累了更多生存優勢而繁衍開來。畢竟，我們生活的洞穴可不是營養豐富的地方，每一份能量都顯得如此寶貴。就這樣，我們族羣裏有這個突變基因的魚越來越多，最終形成了現在的樣子[2,3]。

我的“遠方親戚們”都在 “變淺”

科學家告訴我，不止我這樣。遍佈世界的洞穴魚類中，和我有着相似生活環境的生物都演化出了一些列高度特化的性狀——色素減退、眼睛退化，非視覺感官增強，晝夜節律紊亂等[4]。

這便是“趨同進化”的典型案例——長期生活在相似環境中的不同物種，會演化出相似的特徵。這有點像生活在東北的人，到了冬天都會不約而同地換上厚衣服來禦寒。

我的“使命”：幫人類看懂演化

雖然我一輩子沒見過陽光，但我和我的族羣，卻成了研究適應性演化進化的理想物種。在漆黑的洞穴中，我每一次搖尾都在敘述着生物適應環境的變遷史，這一路走來，我們靠的是基因變異和自然選擇的配合。

在這片黑暗裏，我的“粉色”就是最適合的顏色，我的基因裏藏着的，是生命對極端環境溫柔而堅定的回應。

參考文獻：

[1] CHEN X Y, YANG J X. Triplophysa rosa sp. nov.: a new blind loach from China[J/OL]. Journal of Fish Biology, 2005, 66(3): 599-608. DOI:10.1111/j.0022-1112.2005.00622.x.

[2] ZHANG M. A Splicing Mutation in mitfa is Involved in the Depigmentation of Cavefish Triplophysa rosa[J].

[3] CULVER D C, PIPAN T. The biology of caves and other subterranean habitats[M]. New York, 2019.

[4] MCGAUGH S E, GROSS J B, AKEN B, et.al. The cavefish genome reveals candidate genes for eye loss[J/OL]. Nature Communications, 2014, 5(1): 5307. DOI:10.1038/ncomms6307.

出品：科普中國

作者：張應超（生態學碩士）

監製：中國科普博覽