洛裡安·施韋克特在佛羅里達群島釣魚時，釣到了一條豬魚——一種美味的隆頭魚，以其能夠改變顏色以匹配珊瑚礁環境而聞名。施韋克特將這條魚扔到船甲板上，然後回去拋線。當她稍後去取豬魚時，她驚訝地發現它已經改變了顏色，完美地匹配了白色甲板——甚至還有模仿紋理地板的小黑圈。
施韋克特是北卡羅來納大學威爾明頓分校的海洋生物學家。看到這條魚令人印象深刻的精準偽裝，她懷疑該物種可能有助於解答一個長期存在的科學問題：變色動物究竟是如何知道自己正在變成正確的顏色的？
“想象一下，你早上必須穿衣服，但沒有鏡子，”施韋克特說。雖然這對人類來說是不方便的，“但對魚來說，那是生死攸關的事。”
支援科學新聞報道
如果您喜歡這篇文章，請考慮透過以下方式支援我們屢獲殊榮的新聞報道 訂閱。透過購買訂閱，您正在幫助確保有關塑造我們當今世界的發現和想法的具有影響力的故事的未來。
在佛羅里達州邁阿密，潛水員接近時，豬魚正在改變顏色。圖片來源：Brandon Kohn
現在，施韋克特和她的同事可能已經查明瞭豬魚用來確保它們與環境相匹配的自然檢測系統。正如研究人員在《自然·通訊》雜誌上報告的那樣，位於變色細胞層下方的特殊感光細胞似乎允許魚類監測其鱗片狀“衣櫥”的狀態，可能是為了做出必要的調整——這種能力是該物種偽裝和尋找配偶所依賴的。由於豬魚似乎無法看到自己的皮膚，因此新發現的細胞可能是它們評估皮膚效能的唯一工具。
施韋克特說：“這是第一項研究脊椎動物皮膚中光檢測結構的研究。“這項研究僅適用於豬魚，但它可能表明這是一個比豬魚更大的系統。”
包括一些爬行動物、兩棲動物、魚類和頭足類動物在內的多種物種都能夠快速改變皮膚的顏色。這種能力在動物王國中已經進化了多次，並且是由色素細胞實現的，色素細胞是含有色素的特殊細胞，色素可以移動以呈現某些顏色或圖案。
根據之前的研究，施韋克特和她的同事知道豬魚皮膚中含有一種稱為 SWS1 的藍光敏感蛋白。但是沒有人知道 SWS1 究竟在皮膚中的哪個位置出現。研究人員使用一種稱為免疫標記的生化技術來精確定位豬魚皮膚樣本中蛋白質的位置，發現它集中在色素細胞正下方的特定區域。
接下來，他們使用電子顯微鏡來找出究竟是什麼將 SWS1 固定到位——具體來說，它可能是哪個細胞的一部分。施韋克特說，他們發現這種蛋白質包含在可能是皮膚感光器的細胞中。在實驗中，她和她的同事將光線穿過皮膚樣本，發現色素細胞的色素，根據其在細胞中的位置，透過阻擋光線來開啟或關閉底層的感光器樣細胞。研究人員發現，感光細胞與變色細胞以 1:1 的比例出現，這意味著 每個細胞似乎都無法進行顏色比較。任何對皮膚顏色變化的檢測都將 來自“所有這些感光器的集體感知，這很酷，但尚未經過測試，”施韋克特說。感光細胞如何或是否將皮膚顏色變化傳達給大腦仍然未知。
施韋克特和她的同事現在正在進行進一步的研究，以更好地瞭解光敏皮膚細胞究竟是什麼以及魚類如何感知它們。“它們是感光器嗎？”施韋克特說。如果是這樣，“那將是脊椎動物神經系統之外的此類細胞的第一個例子。”
柏林自然歷史博物館的進化生物學家勞倫·薩姆納-魯尼說，新的發現已經代表了“朝著回答長期存在的問題‘這些動物如何知道自己是什麼顏色？’邁出了真正令人興奮和意義重大的一步”，她沒有參與這項研究。
薩姆納-魯尼補充說，豬魚“似乎是一個很好的模型”，可以探索更多問題，例如豬魚可以多麼精確地監測其顏色變化，以及“這種簡單但有效的方法是否在其他魚類及其他動物中普遍存在。”