揭開比目魚雙眼“比目”之謎

比目魚，因成魚身體左右不對稱、兩只眼睛均位于頭部的同一側(cè)而得名。比目魚在中國文化中常常被視為愛情忠貞的象征。如“鶼鰈情深”，比喻人與人之間感情深厚，尤指夫妻之間無比恩愛。

“比目”之謎

比目魚種類繁多，主要類別有鳒、鲆、鰈、鰨、舌鰨等。為便于記憶，在魚類分類學(xué)中有“左鲆右鰈，左舌鰨右鰨”之說。

比目魚的兩只眼睛為什么會長到同一邊去呢？

從古至今，不少學(xué)者對這一問題給出了各種各樣的解釋，上海海洋大學(xué)的鮑寶龍教授更是對此進(jìn)行了20余年的研究。

上海海洋大學(xué)魚類學(xué)教授鮑寶龍

1994年，正在師從著名魚類學(xué)家孟慶聞教授讀研究生的鮑寶龍，首次接觸比目魚的苗種培育工作。他觀察發(fā)現(xiàn)，雖然比目魚的仔魚與正常魚類一樣左右對稱；但在長成過程中，它的一只眼睛逐漸往上移動，越過頭背部到身體的另一側(cè)，身體隨之同步逐漸傾斜，最終倒伏在水底生活。這樣的變化不禁讓他心生好奇：比目魚的眼睛為什么能移動？為什么是這一只眼睛移動，而不是另一只眼睛移動？究竟是什么在調(diào)控比目魚眼睛的移動呢？

從“頭骨變形說”到“細(xì)胞擠壓說”

對于這些問題，早在19世紀(jì)就出現(xiàn)很多假說進(jìn)行解釋。1987年，英國學(xué)者布魯斯特綜合前人假說，并通過觀察多種比目魚類發(fā)育過程的頭骨變化，提出了自己的假說。他認(rèn)為，比目魚眼睛的移動是由頭骨變形造成的，其中主要包括額骨的扭轉(zhuǎn)和左右側(cè)篩骨的不對稱擴(kuò)大。

盡管布魯斯特的假說得到了大部分人的認(rèn)同，可是這個假說看起來挺有道理，仔細(xì)分析下來還是有些模糊不清的地方。比如，額骨位于眼睛的上方，且與眼睛并沒有直接接觸，用其扭轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的力帶動眼睛向上移動，顯然不是一個最優(yōu)選項。這就像有一個比較重的箱子，在沒有任何工具的情況下，想讓它向前移動，最省力的方法是在后面推，而不是在前面轉(zhuǎn)圈企圖帶動周圍的風(fēng)卷起箱子向前走。鮑寶龍據(jù)此大膽推測：眼睛下方有限區(qū)域內(nèi)分裂的細(xì)胞之間產(chǎn)生擁擠，驅(qū)使其上方的眼睛向上移動。

在牙鲆、半滑舌鰨、塞內(nèi)加爾鰨等三種比目魚的眼睛的移動過程中，確實發(fā)現(xiàn)移動眼下方有限區(qū)域內(nèi)分裂的細(xì)胞要明顯多于上方，另一側(cè)的非移動眼則剛好相反。此研究結(jié)果并不支持布魯斯特假說，但非常符合賈爾于19世紀(jì)提出的假說，即“比目魚類哪只眼睛移動，取決于兩只眼睛之間哪只眼睛更‘強(qiáng)’，‘強(qiáng)’的眼睛將會移動，‘弱’的那只眼睛將停留在原來位置；移動的眼睛將沿著透明皮膚下面的一條繞過頭背面的‘路線’進(jìn)行”。只是因為當(dāng)時的學(xué)者批評賈爾的假說僅僅是一個推測，并沒有實驗依據(jù)；所以，此假說一直以來都沒有被業(yè)界認(rèn)可。

鮑寶龍實驗室在此基礎(chǔ)上，通過在牙鲆、半滑舌鰨、塞內(nèi)加爾鰨等三種比目魚移動眼下方區(qū)域注射細(xì)胞分裂抑制劑，成功地抑制了眼睛的移動，培養(yǎng)出眼睛不移動、兩眼保持對稱的比目魚稚魚，并發(fā)現(xiàn)其左右額骨仍然保持對稱?？梢?，比目魚眼睛移動是眼睛下方有限區(qū)域內(nèi)分裂的細(xì)胞之間產(chǎn)生擁擠的結(jié)果，并不是像布魯斯特假說所推測的那樣由額骨扭轉(zhuǎn)造成的；相反，額骨的扭轉(zhuǎn)是眼睛向上移動的結(jié)果。

根據(jù)比目魚成魚的眼睛是否被擠壓的情況調(diào)查，可進(jìn)一步驗證該發(fā)現(xiàn)是否具有普遍性。鮑寶龍發(fā)現(xiàn)，比目魚可以移動的眼睛是由其下方的分裂細(xì)胞擠壓上去的，那么，成體比目魚的眼睛在背腹軸方向的長度應(yīng)該要比頭尾軸的短。調(diào)查發(fā)現(xiàn)，比目魚的左右眼都曾經(jīng)被擠壓，移動眼被擠壓的則更明顯；兩眼對稱的體型類似比目魚的鯧亞目魚類，左右眼都沒有被擠壓。這表明，在比目魚類中，眼睛下方分裂細(xì)胞推動眼睛移動的機(jī)制具有普遍性。

那么，為什么是比目魚的這一只眼睛移動，而不是另外一只眼睛移動呢？鮑寶龍?zhí)岢龅慕M織學(xué)模型可以很好地解釋這個問題。究竟比目魚的哪只眼睛會移動，取決于其左眼或右眼下方區(qū)域的分裂細(xì)胞與眼睛上方區(qū)域的差值，哪一方分裂細(xì)胞數(shù)明顯多于上方區(qū)域，則哪一方的眼睛會移動，如鲆類是右眼，鰈類則是左眼。如果兩只眼睛下方區(qū)域的分裂細(xì)胞均明顯多于上方，那這兩只眼睛都能往上移動；如果兩只眼睛下方區(qū)域的分裂細(xì)胞均不多于上方，那這兩只眼睛就不能往上移動。實際上，兩眼移動到頭頂或兩眼均沒有移動的比目魚在人工養(yǎng)殖群體中并不少見。

誰在調(diào)控眼睛的移動

那么，比目魚眼睛移動是受什么因子調(diào)控的呢？早在1985年，兩位日本學(xué)者山野佳祐（Keisuke Yamano）和三輪理（Satoshi Miwa）受甲狀腺激素調(diào)控蝌蚪變態(tài)的啟發(fā)，發(fā)現(xiàn)比目魚的眼睛移動也是由甲狀腺激素調(diào)控的。

比目魚變態(tài)過程圖

是否還存在其他激素或分子調(diào)控眼睛移動呢？鮑寶龍推測，視黃酸可能也能調(diào)控眼睛的移動。這是因為，視黃酸受體能夠與甲狀腺激素受體組成異二聚體，共同發(fā)揮作用。實驗結(jié)果表明，視黃酸受體基因可與調(diào)控眼睛移動的甲狀腺激素受體基因共表達(dá)——在移動眼下方組織中注射視黃酸，會抑制細(xì)胞分裂而導(dǎo)致眼睛移動停止。至此，鮑寶龍發(fā)現(xiàn)，比目魚類眼睛移動受甲狀腺激素和視黃酸的雙重調(diào)控，它們的關(guān)系類似于昆蟲變態(tài)調(diào)控的保幼激素和脫皮激素。該發(fā)現(xiàn)大大加深了人們對于脊椎動物變態(tài)調(diào)控機(jī)制的認(rèn)識。

鮑寶龍實驗室及其合作者的這些研究成果已在國際著名的《自然-遺傳學(xué)》（Nature Genetics）、《發(fā)育生物學(xué)》（Developmental Biology）等雜志上發(fā)表。目前，鮑寶龍實驗室與合作者正在繼續(xù)探索比目魚類眼睛移動的適應(yīng)進(jìn)化的分子機(jī)制。希望在不久的將來，人類能徹底揭開比目魚類眼睛移動背后的謎題。

(本文轉(zhuǎn)載自微信公號：上海海洋大學(xué)，作者：寧波。原文發(fā)表于2020年2B期《百科知識》)。