樹懶和犰狳眼中的黑白世界

2020-12-05 華夏小康網

犰狳視力很差。1913年,動物學家Horatio H.Newman和J.Thomas Patterson曾這樣寫道,「九紋犰狳的眼睛形同虛設,實際上根本不起作用。如果你幹擾犰狳,它會直線逃離,躲到樹幹裡避難。」

三趾樹懶的視力也沒好到哪裡去。「如果將一隻樹懶寶寶放在離它媽媽只有1.5米遠的水平樹枝上,小樹懶會立刻哭起來,而樹懶媽媽聽到哭聲後會四下張望。很多次樹懶媽媽的眼睛都在直視著小樹懶所在的方向,但它完全看不到小樹懶,看起來樹懶的視覺,聽覺或是嗅覺都不太發達,」Michel Goffart在1971年寫道。更滑稽的是:「暴怒的雄性樹懶在彼此間相距1.5米時就試圖互相掐架。」

如今,加州大學河濱分校的Christopher Emerling和Mark Springer認為他們找到了犰狳和樹懶視力奇差的原因。兩種動物眼睛內負責辨別顏色的視錐細胞的基因副本已受損,只有視杆細胞留了下來,而視杆細胞的解析度較低,在弱光下才有較高的光敏度。所以,犰狳和樹懶眼中的世界是黑白的,它們在努力適應強光下的生活。

這一發現證明了犰狳,樹懶和食蟻獸——統稱貧齒目動物——由長期生活在地下的穴居古生物進化而來。由於地下光線不足,這些古生物的視杆細胞可能比敏感且能辨別色彩的視錐細胞更為發達。

歷經漫長的進化過程,它們最終迎來了地上生活,至於樹懶,甚至開始了樹棲生活。但在它們身上仍能發現穴居動物的特點,比如健壯的前腿,彎曲的爪子,骨骼特徵顯示它們有超強的挖掘能力(「xenarthran」一詞的意思為「奇異的關節」)。正是因為有了這些特徵,食蟻獸才能挖開螞蟻的洞穴,樹懶則會掛在樹枝上。

犰狳,樹懶和食蟻獸還遺傳了祖先們的奇差的視力,它們的視網膜上普遍缺少視錐細胞。據Emerling和Springer所述,這一特點在某些重要方面驅使著它們的進化。由於視力低下,它們無法沿襲其他哺乳動物的生活方式,比如速跑,獵食,或滑翔。「犰狳在過馬路時,幾乎看不到靠近的車輛,這一情況對德克薩斯州的居民來說太熟悉了,」Emerling說道。

這一發現是規模浩大的哺乳動物進化史的一部分——強調了進化變化無常的本質。許多動物的眼睛內含有4種視錐細胞,比如鳥類,魚類,爬行動物和兩棲動物,因而它們能夠區分多種顏色。哺乳動物由夜行動物進化而來,已經損失了2種視錐細胞。以狗為例,只剩下2種視錐細胞,一種分辨紫羅蘭類的顏色,另一種分辨藍綠色。(不同於大眾觀點,狗狗眼中的世界並不是黑白的;它們能分辨一些顏色,雖然十分有限。)

人類和其他靈長類動物在一定程度上顛覆了這一進化特點,重新啟用了第三種對紅色敏感的視錐細胞,這種細胞能幫助我們區分未成熟的綠色水果與成熟的紅色/橘色水果。海洋哺乳動物喪失了更多的視錐細胞,甚至連對藍色/紫羅蘭色敏感的視錐細胞都退化了。巨鯨則失去了所有的視錐細胞,只剩下視杆細胞。大海是藍色的,但生活在海中的藍鯨卻永遠不會知道。

幾年前,Springer的團隊發現鯨魚的視網膜中只有視杆細胞。這或許能解釋的通,因為鯨魚大部分時間生活在深海中,幾乎看不到光線。團隊還發現金鼴鼠也缺乏視錐細胞——它們是『杆體全色盲者』。這也很合理,因為它們大部分時間都生活在地下。

但九紋犰狳卻讓研究學者們犯了難。Emerling檢查了九紋犰狳的基因組,發現幾組視錐細胞基因已經發生突變,視網膜上最終只會剩下視杆細胞。「我確信這是基因測序錯誤,」他說道,因為犰狳通常在白天比較活躍。他們不住在深海,也不在地下活動。

Emerling更為仔細地檢查了結果,發現犰狳特有的視杆細胞基因副本完好如初,但7種特有的視錐細胞基因發生了斷裂。Emerling在其他貧齒目動物的基因組中也發現了相似的情況,包括另外5種犰狳,3種食蟻獸,1種現存的樹懶,甚至一種滅絕的地懶。

通過對這些基因進行分析比對,他推測貧齒目動物最後的共同祖先已經丟失了一種視錐細胞,這是由致殘突變造成的。兩個不同的分支——犰狳和樹懶/食蟻獸——而後各自失去了不同的基因,包括最後殘存的視錐細胞。

「竟然在樹懶身上也發現相似的情況,這太讓人震驚了,」Emerling說道。「樹懶住在樹上!作為樹棲生物,根本不應該喪失白天的視力!」

但馬裡蘭大學的Tom Cronin告誡說「並非所有杆狀細胞視覺都與日間活動相矛盾」。巨鯨白天也會在洋面活動。甚至有些人只存在杆狀細胞視覺——他們可能在其他方面做得很好,但只要接觸到燦爛的陽光就無法活動,在一般光線下能夠完成閱讀。(Emerling說這一情況有時稱作「晝盲」,對患有晝盲症的人來說,想在白天睜著眼睛實在太痛苦了。)

Cronin還提到,我們還不能對動物視覺做出定論,因為我們只做了遺傳學方面的研究。貧齒目動物或許在某方面得到了補償,所以為了證明它們真的只有杆狀細胞視覺,你需要檢察它們的視網膜,測試它們的視力。

Emerling承認這一點,但他也給出了其它證據。比如,貧齒目動物的眼睛周圍缺少幫助聚焦的肌肉,這表明它們視力很差。同樣也有很多說法解釋為什麼樹懶,犰狳和食蟻獸在白天視力不佳。在一項實驗中,研究人員給樹懶戴上了眼罩,結果發現其表現與之前沒有任何不同。將這些信息匯總起來,我們似乎能得出這樣的結論,「犰狳和樹懶極有可能缺失所有的視錐細胞,」他說道。

如果情況確實如此,又會帶來新的謎團:為何那麼多的穴居哺乳動物,如非洲鼴鼠和歐洲鼴鼠還有若干種類的齧齒動物都保留有視錐細胞呢?儘管它們生活在地下,但與晝行和夜行哺乳動物相比,它們的視網膜與前者更為相似。在地下生活並不一定要喪失視錐細胞。

「貧齒目動物或鯨魚為何要放棄它們的視錐細胞,目前似乎並無定論,」Cronin說道。所以這到底是為什麼呢?

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