对于猪形鱼来说,变色不仅有伪装的功能,还有一定的社交属性,它们可以通过变色传递视觉信号,来互相沟通。
但前几年,生物学家洛里安 · 施韦克特*(Lorian Schweikert)*在去佛罗里达群岛钓鱼时,发现了一件奇怪的事。她钓上了一条猪形鱼,顺手丢在了甲板上,不幸的是,没多久这条鱼就在甲板上归西了。但当施韦克特将鱼带回到冷藏箱时发现,在猪形鱼死后,它的体表颜色慢慢发生了变化,一部分变成了白色,也就是接近甲板的颜色。
看到这一幕的施韦克特十分惊讶,毕竟鱼都死了,还在试图伪装自己,死了的伪装还有什么意义呢?施韦克特忽然意识到,猪形鱼的变色可能不需要大脑来控制,也不需要用眼睛来观察“背景板”颜色,只需要皮肤“看到”颜色就能直接变化了。这几乎是一个全新的科学领域。
在接下来的几年里,施韦克特成为了杜克大学和佛罗里达国际大学的博士后,将“皮肤视觉”作为自己的研究方向,而研究材料自然是猪形鱼。2018年,施韦克特的研究团队从佛罗里达州海域捕获了几条猪形鱼,在圈养24小时后,对视网膜和皮肤组织进行采样,之后用转录组学进行测序分析。
结果在猪形鱼的皮肤组织里检测到了感光相关的基因,也就是说猪形鱼的皮肤确实可以“看”到东西,但它的工作原理和眼睛的不太一样。在之前的研究里,科学家也有对其他变色动物,比如墨鱼和章鱼做过类似的实验,在它们的皮肤里也发现了感光相关的基因,皮肤的感光分子通路和眼睛的感光信号通路是一样的。
首先,章鱼的眼睛接收到外界光线的刺激,将视觉信息传递给大脑。之后,章鱼的大脑根据视觉信息和其他因素来决定要变成什么颜色和纹理,然后向皮肤下的神经节发送相应的神经信号。
接下来,神经节将神经信号分发给皮肤中的各个色素细胞和虹彩细胞,使它们收缩或舒张,改变其暴露面积和反射率。最后,色素细胞和虹彩细胞通过组合不同的颜色和亮度,形成与周围环境相匹配或相反的皮肤效果。
改变颜色的章鱼 (图片来源:Flickr/Klaus Stiefel)
但猪形鱼却不太一样,它的皮肤依赖于另一条信号通路来感知光线,是一种涉及环腺苷酸的连锁反应。这一切都不需要用到大脑,也不需要用眼睛去看,所以即便猪形鱼的大脑死掉了,只要它的皮肤细胞还没有死掉,就可以通过皮肤感知到周围的环境颜色,变成与之相近的颜色。
变色过程就是色素颗粒的运动过程
虽然死鱼变色的问题貌似解决了,但更多的只是基于基因组学的分析,并没有从细胞学的角度做实验分析。2023年8月22日,施韦克特的研究团队在《自然通讯》上发表了关于猪形鱼变色的进一步研究,这次不再是从基因组学进行分析,而是对皮肤细胞进行观察实验。科学家从猪形鱼的不同部位取下皮肤样本,然后放到显微镜下观察。下图中,左边是变成白色的皮肤样本,右边是变成红棕色的皮肤样本。
在显微镜下,左边猪形鱼的皮肤就像一幅水彩画,上面由数不清的不同颜色的色点构成。每一个色点都是一个色素细胞,有的色素细胞里有黑色色素颗粒,有的则是红色,有的是黄色。
当这些色素颗粒运动起来的时候,皮肤的颜色也随着色素的移动发生改变。当颗粒在细胞内扩散时,皮肤颜色看起来更深,变成红棕色;当颗粒聚集在一起时,细胞的大部分区域颜色就会变淡,变成左图中比较透明的颜色。简单来说,色素颗粒的运动便是猪形鱼的变色过程。