研究:小丑魚白色條紋形成速度跟海葵宿主有關

據外媒報道,《PNAS》的一項研究發現,小丑魚身上獨特的白色條紋以不同的速度形成取決於它們所宿主的海葵研究指出:小丑魚在變態過程中會生長出它們特有的白色條紋;白色條紋形成的速度不同,具體取決於小丑魚所生活的海葵;

甲狀腺激素對變態很重要,它控制着白條形成的速度;跟生活在華麗海葵中的小丑魚相比,生活在巨型地毯海葵中的小丑魚的甲狀腺激素水平更高;生活在巨型地毯海葵中的小丑魚顯示出了duox的活性增加,duox是一種參與形成甲狀腺激素的基因。

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小丑魚是一種極具魅力的珊瑚礁魚,因電影《海底總動員》而出名,它們身上的白色條紋能讓人們一眼就能認出來。這些條紋出現在小丑魚從幼體到成體的蛻變過程中,但這些獨特的圖案是如何形成的卻一直是個謎。

現在,一項新的研究發現,這些白色條紋形成的速度取決於小丑魚所生活的海葵的種類。科學家們還發現,在變形中起關鍵作用的甲狀腺激素通過一種名為duox的基因的活動變化決定了條紋形成的速度。

研究論文資深作者Vincent Laudet教授表示:“小丑魚的變形是一個重要的過程。它改變了它們的外觀和生存環境。小丑魚的幼魚離開海洋並定居在珊瑚礁里。了解海葵宿主的變化不僅可以幫助我們回答它們是如何適應這些不同環境這個問題,還可以幫助我們解答它們可能會受到其他環境壓力的影響如氣候變化。”

在這項於2021年5月24日發表在《PNAS》上的研究中,來自法國島嶼研究和環境觀測站中心(CRIOBE)的一組研究人員首次在巴布亞新幾內亞的金貝灣調查了小丑魚Amphiprion percula。

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那裡的小丑魚既可以生活在華麗的海葵(Heteractis magnifica)中也可以生活在毒性更大的巨型地毯海葵(Stichodactyla gigantea)中。

在研究期間,該團隊做了一個有趣的觀察–生活在巨型地毯海葵中的幼年小丑魚比生活在華麗海葵中的小丑魚更快地獲得它們成年時的白色條紋。

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論文第一作者Pauline Salis博士表示:“我們真正感興趣的不僅僅是為什麼條紋形成的速度更快或更慢取決於海葵,並且是什麼導致了這些差異。”

在實驗室里,研究小組研究了一種叫Amphiprion ocellaris的小丑魚。它Amphiprion percula的近親。他們專註於研究甲狀腺激素,這是已知的觸發青蛙變態的激素。

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研究人員使用了不同劑量的甲狀腺激素來處理小丑魚幼魚。研究小組報告稱,甲狀腺激素的劑量越高,小丑魚出現白條的速度就越快。相反,當研究人員使用一種可以阻止甲狀腺激素產生的藥物時,條紋的形成被延遲了。

白色條紋是由色素細胞–虹膜細胞形成。研究小組發現,甲狀腺激素通過激活這些虹膜基因來加速條紋的形成。

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接下來,科學家們測試了這些觀察結果是否適用於這個領域。當CRIOBE實驗室回到金貝灣時,他們把這兩種海葵中的幼年小丑魚帶回了法國的Salis博士那裡。之後,Salis證實,來自巨型地毯海葵的小丑魚的甲狀腺激素水平比來自壯觀海葵的小丑魚要高得多。

為了深入了解導致甲狀腺激素水平升高的原因,研究小組測量了小丑魚基因組中大多數基因的活性。

Laudet教授表示:“最令人驚訝的是,在所有這些基因中,小丑魚和兩種海葵之間只有36個基因不同。而在這36個基因中,有一個叫duox,這給了我們一個真正的靈感。”

先前的研究表明,製造蛋白質雙氧化酶的duox在甲狀腺激素的形成中起着重要作用。跟美麗的海葵小丑魚相比,來自巨型地毯海葵的小丑魚體內的duox基因顯示出更高水平的活性。

跟美國弗吉尼亞大學的David Parichy教授合作的進一步實驗證實了duox對於虹膜色素細胞的發育是重要的。研究發現,當突變條紋魚體內的duox基因失活后,虹膜色素細胞的發育就會延遲。

總體來說,這些數據表明,生活在巨型地毯海葵中的小丑魚的duox活性增加,導致甲狀腺激素水平更高,因此,隨着虹膜色素細胞發育更快,白色條紋形成的速度也就更快。

然而這項研究也為科學家們提出了更多的問題,諸如像白色條紋形成速率變化的生態原因。

研究人員推測,這可能是因為巨型地毯海葵毒性更大,甲狀腺激素水平隨着壓力的反應而上升。

“在OIST,我們開始探究一些可能的解釋。我們懷疑,這些白條形成的變化只是冰山一角,還有許多其他的差異幫助小丑魚適應兩種不同的海葵宿主,”Laudet教授說道。