比目鱼是如何在进化的眨眼间出现的

比目鱼是进化过程中较为奇特的产物之一。然而,最近的研究表明,它们明显独特的形态可能进化了不止一次。一项新的研究中,最近出版的BMC进化生物学他调查了比目鱼的独特之处,并发现它们最引人注目的地方可能是它们进化的速度。

最引人注目的面孔

正如人们所预期的那样,这一群体包括99%的已知鱼类和近三分之一的脊椎动物,刺鳐的多样性令人难以置信。然而,即使在这些令人难以置信的多样化的身体计划和生活方式中,比目鱼也脱颖而出,因为它非常不寻常。

比目鱼,包括许多常见的食用鱼,如鳎(比目鱼)、鲽(比目鱼)和大比目鱼,被定义为一种奇怪的适应性:由于在幼虫变态期间,一只眼睛移到头骨的另一侧,导致严重的头部不对称;或者,更简单地说,它们的两只眼睛都长在头部的一侧。

这种极端的头骨重塑使成年比目鱼可以在没有眼睛的“盲区”躺在海底,两只眼睛都向上(指向潜在的捕食者或猎物),不受沉积物的阻碍。这种不寻常的适应能力对比目鱼来说显然是成功的,目前存在着超过700种比目鱼。

一个不那么独特的适应?

比目鱼可以分为两组:三种多刺的大比目鱼,组成了鲤科,以及更大的亚目胸鱼亚目。不出所料,鱼类生物学家长期以来都认为这两类比目鱼是由同一个祖先进化而来的;很难想象这种奇异的适应经历了多次进化。

然而,最近这一常识性假设受到了攻击。几项研究发现,比目鱼的这种独特适应能力是在两个不同的场合进化出来的。比目鱼的身体结构并不像它看起来那样独特吗?

很难说,这是迄今为止最诚实的答案。虽然几乎毫无疑问,比目鱼属于更广泛的鱼群carangimorpharia(还包括马林鱼,剑鱼和鮣鱼),但这一群体之间的确切进化关系尚不确定。最近进行的八项对carangimorphi的系统发育研究已经得出了八种不同的进化树,其中一些支持单一起源的比目鱼,另一些支持多个起源(见图)。

8个不同的进化树,从之前发表的8个研究,每一个有不同的关系,两个主要的比目鱼家族(红色)和他们的carangimor近亲;一半(a, b, g, h)表明比目鱼只进化了一次,但其他树表明不同的形态是在两个不同的场合进化的。来自Harrington等人2016年的数据,参见单株树木来源的论文。
8个不同的进化树,从之前发表的8个研究,每一个有不同的关系,两个主要的比目鱼群体(红色)和他们的carangimor近亲;一半(a, b, g, h)表明比目鱼只进化了一次,但其他树表明不同的形态是在两个不同的场合进化的。来自Harrington等人2016年的数据,参见单株树木来源的论文。
哈林顿等人,2016年

解决这个问题

一项新的研究,由一组研究人员领导马特·弗里德曼牛津大学和最近出版的BMC进化生物学,旨在解决这些问题。利用系统发育学和高通量DNA测序的最新进展,他们已经组装了一个数据集ultraconserved DNA元素(UCEs)及其侧翼序列来自45种不同的carangimorphys物种的1000多个位点。

顾名思义,UCEs是指远亲物种基因组中完全相同的部分;例如,许多鱼类与人类共享某些UCEs。近年来,它们在进化研究中得到了越来越广泛的应用,在解决模糊的进化关系方面显示出了相当大的潜力(包括鳍状鳍鱼),因为可以有效地产生大量的基因数据。

UCEs似乎也成功地解决了这个棘手的问题。从研究人员的数据集生成的进化树在统计上得到了良好的支持,并且无论应用何种分析框架(这是此类研究中的一个重要考虑因素,因为不同的框架总是会涉及特定的假设),它都保持了健壮性。至关重要的是,这棵树强烈支持比目鱼的单一进化起源。看来这种进化上的新奇之处确实是独一无二的。weber_ -_fische_siboga_ -_pl_11

一眨眼的功夫就进化了

这项新研究还提供了一个原因,为什么很难确定比目鱼的进化;事情发生得非常快。研究人员认为,比目鱼的身体结构,包括眼睛的完整轨道移动,在不超过290万年的时间里进化而来。

虽然用人类的标准来衡量已经很长时间了,但从进化的角度来看,这是非常快的。比目鱼的近亲有着截然不同的身体结构翻车鱼长嘴鱼进化所花的时间比这长2-3倍,而我们也可以比较解剖学上的现代人进化(大约700万年)或鲸鱼进化他们的身体结构(大约2000万年)所花的时间。事实上,几百万年与非洲湖泊中丽鱼科鱼类辐射多样化估计的时间相同,长期以来,这被认为是“爆炸的进化

比目鱼似乎是重建快速进化谱系的进化历史的一个共同问题的象征。当进化的速度如此之快时,它留下的“证据”就更少了,以其他基因变化的形式,这些变化允许在一个世系内确定关系。在这种情况下,使用大型数据集,如UCEs的高通量测序所提供的数据集,是必要的,以理清进化关系。

那么比目鱼就更值得注意了。它们令人难以置信的独特形态确实是一种独特的适应,这种适应只进化了一次。我们现在意识到,它们也值得注意的是,它们仅仅在进化的一眨眼之间就经历了如此剧烈的变化。

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