早在 3500 萬年前,第一批返回海洋的哺乳動物就有了深海的眼睛。

根據新的研究,現代鯨魚、海豚和鼠海豚(統稱為鯨類)的視覺系統都源自具有強大水下視覺的共同祖先。

鯨魚和河馬都被認為是從大約 5000 萬年前的四足陸地哺乳動物進化而來的。雖然兩者都有水生的生活方式,但這些分支中只有一個可以潛入海洋深處。

這種技能何時以及為何進化仍然是一個謎,但新的發現表明,這種轉變發生在出海後不久。

這些發現是基於哺乳動物眼睛中一種叫做「視紫紅質」的蛋白質,這種蛋白質對深海中的微弱藍光特別敏感。

通過分析活鯨魚和一些相關哺乳動物的這種蛋白質背後的基因,研究人員能夠預測最初允許進行深海潛水的祖先基因序列。

當在實驗室培養的細胞中表達時,這種特徵序列能夠「復活」一種長期丟失的色素蛋白。

與陸地哺乳動物相比,這種蛋白質似乎對低光照度更敏感。它還可以快速反應光照強度的變化。

如果這種敏感的蛋白質存在於第一個水生鯨類動物中,研究人員認為這種生物可能在 200 米或更深(約 650 英尺)的深處覓食,因為那裡的光線開始在海洋中消失。

該研究的作者總結說:「總體來說,視紫紅質功能的這些祖先變化表明,一些第一批完全水生的鯨類動物可能會潛入中層海域。」

「此外,我們的再現表明,這種行為是在齒鯨和鬚鯨分化之前出現的。」

相反,似乎所有鯨目動物都有一個可以在深海中看到的祖先,即使是那些現在在淺水區捕獵的鯨類也是如此。

然而,進化生物學家 Belinda Chang 解釋說:「後來的物種進化出了我們今天在現代鯨魚和海豚身上看到所有不同的覓食專業。」

以前對古代鯨魚化石遺骸的研究表明,第一隻水生鯨目動物具有類似海豚的身體,結合了尾鰭和用於游泳退化的後肢。

然而,研究這種生物的眼睛在尋找水下食物時可能如何工作,這是目前最早的研究之一。

更令人印象深刻的是,作者在沒有物理化石的情況下做到了。

多倫多大學的進化生物學家 Sarah Dungan 說:「化石記錄是理解進化生物學的黃金標準。儘管侏羅紀公園會讓你相信,但從化石標本中提取 DNA 的情況很少見,因為條件往往很差。」

「如果你對基因和 DNA 如何進化的感興趣,你可以依靠數學模型和來自生物體強大的基因樣本,來補充我們從化石記錄中了解的情況。」

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參考資料:

  1. Cassella,C ., (2022,Aug 3). An Ancient Creature Who Could See in The Dark Lies Hidden in The Eyes of Whales. ScienceAlert
  2. Dungan, S. Z., & Chang, B. S. W. (2022). Ancient whale rhodopsin reconstructs dim-light vision over a major evolutionary transition: Implications for ancestral diving behavior. Proceedings of the National Academy of Sciences, 119(27), e2118145119. Proceedings of the National Academy of Sciences https://doi.org/doi:10.1073/pnas.2118145119
  3. 圖片來源:https://www.sciencealert.com/a-special-protein-in-whale-eyes-reveals-a-long-history-of-diving-to-extreme-depths(圖:lindsay_imagery/Getty Images)
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