為什麼魚不需要“學習”游泳

答案在於魚的基因組,這表明包括人類在內的其他動物的複雜社會行為也是基因固有的

魚是如何成群游泳,毫不費力地協調它們每一個動作的?答案似乎根植於它們的基因。

9月12日發表在《當代生物學》雜誌上的兩項研究揭示了魚群這種複雜的社會行為的遺傳基礎。研究表明,魚群行為不是一種後天習得的行為,而是依賴於魚類基因組的幾個區域。

一些專家表示,這些發現可能指向人類也具有社會性,並且傾向於聚集在一起的基因基礎,儘管其他人對此表示質疑。


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棘魚也成群結隊

研究表明,大多數魚類在其生命週期的某個階段都會表現出魚群行為。魚類進化出成群游泳的能力,以更好地保護自己免受捕食者的侵害,改善覓食並更有效地游泳。

與魚類只是鬆散地聚集在一起的群遊不同,魚群行為需要協調的身體姿勢和同步的運動。魚群中的魚需要高精度地感知周圍環境,保持對其在魚群中位置的意識,並快速響應水流和群體運動的變化。

魚類如何完成這項壯舉仍然是一個謎。

在其中一項新研究中,由西雅圖弗雷德·哈欽森癌症研究中心的 Catherine Peichel 領導的研究人員研究了棘魚,這是一種約 3 英寸(8 釐米)長的魚,生活在鹽水和淡水中。[照片:最怪異的魚]

研究人員製作了一些假魚模型,將它們懸掛在水中並旋轉,以引誘真正的棘魚加入魚群。

透過將一種易於成群的棘魚與另一種不願加入魚群的棘魚雜交,研究人員在棘魚中識別出兩個與魚群行為相關的基因組區域。其中一個區域還與魚類特有的一種高度專業化的感覺結構——側線的發育有關,側線可以檢測水中的振動。

側線由稱為神經丘的細胞組成,神經丘類似於人耳中發現的毛細胞,使魚能夠感知水流的變化並做出相應的反應。

在第二項研究中,由波士頓哈佛醫學院的 Clifford Tabin 領導的研究人員研究了墨西哥麗脂鯉,這是一種淡水魚,也約 3 英寸長,生活在開闊的河流和湖泊中,有時也生活在洞穴的溪流中。穴居品種是盲的,並且基本上是白化的。

地表生活的麗脂鯉成群游泳,但盲穴魚不成群游泳,這向研究人員暗示視覺對於魚群行為很重要。但在將這兩個品種雜交併進行基因分析後,研究小組確定,隨著穴魚的進化,它們失去了成群游泳的能力,並且它們在不同的事件中失去了視覺。

研究人員表示,這提供了更多證據,證明魚群行為是基於基因的,而不是後天習得的。

兩個研究團隊都只識別出了控制魚群行為的基因區域,而不是確切的基因。

關於魚和人類

然而,對於這些發現如何與人類相關,各團隊仍存在分歧。Peichel 團隊的成員 Anna Greenwood 表示,這些發現可能適用於複雜的人類社會行為。

Greenwood 告訴《生命科學》:“由於進化上共享的神經迴路,以及一些相同的神經化學物質和激素控制著所有脊椎動物的社會行為,因此我們從魚類基因變化中學到的知識最終可能為深入瞭解人類行為變異提供見解。”

德克薩斯大學奧斯汀分校整合生物學教授 Hans Hofmann 沒有參與這兩項研究,他說棘魚的研究駁斥了人類行為過於複雜而無法理解的斷言。

Hofmann 說:“我認為這表明,即使是以非常僵化和有組織的方式與其他個體相關的如此複雜的行為也可以進行基因解剖。像這樣的研究告訴我們,我們最終可能會達到目標。”

然而,Tabin 表示,他對墨西哥穴魚的研究發現“根本沒有告訴我們任何關於人類社會行為的資訊”。

但他也表示,這兩項研究都可以告訴研究人員很多關於魚類魚群行為進化的資訊,這才是使其有價值的原因。

關注《生命科學》@livescience, Facebook & Google+。原文刊登於《生命科學》

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