辛巴威和莫三比克的暫養池塘是弗氏假鰓鱂的家。為了度過每年的旱季，這種魚的胚胎會進入長達約8 個月的極度休眠或”休眠”狀態。一項新的研究揭示了使鱂魚能夠維持這種非凡生存技巧的演化適應性。

這項研究結果發表在5月30日的《細胞》（Cell）雜誌上，研究結果表明，鱂魚在不到1800萬年前透過共用起源於4.73億年前的古老基因，發展出了休眠的能力。比較分析進一步證明，包括家鼠在內的其他動物在休眠期也有類似的基因表現模式。

資深作者、史丹佛大學分子生物學家安妮-布魯內說：”整個程序就像白天和黑夜–有正常狀態下的生命，也有休眠狀態下的生命。”

一對鱂魚。圖片來源：Rogelio Barajas 與Xiaoai Zhao

鱂魚的快速成熟與繁殖

弗氏假鰓鱂比其他脊椎動物成熟得更快，即使在人工飼養條件下，成魚的壽命也只有6 個月左右。在它們的水上家園消失之前，這些魚會迅速繁殖，但它們的胚胎會留在乾泥中，準備在年降雨時孵化。胚胎停育也會發生在其他脊椎動物身上，包括魚類、爬蟲類和一些哺乳動物，但鱂魚的停育非常極端，因為它持續的時間非常長（平均為8 個月，實驗室中長達2 年），而且鱂魚胚胎進入停育期的時間比其他動物晚得多。

加州大學舊金山分校的第一作者帕拉姆-普里亞-辛格（Param Priya Singh）說：「這大致處於發育的中期，許多器官在這一階段已經形成–它們有正在發育的大腦和心臟，心臟在休眠期停止跳動，然後又重新開始跳動。

雄性鱂魚。圖片來源：Rogelio Barajas 與Xiaoai Zhao

休眠期的詳細基因分析

為了了解休眠演化，研究團隊首先確定了弗氏假鰓鱂（Nothobranchius furzeri）在不同發育階段的基因表現特徵。他們重點研究了被稱為”旁系親屬”的基因複製拷貝，因為基因複製是新基因起源和特化的主要機制之一。總的來說，研究人員發現了6247 對旁系親屬在休眠期表現出特化的基因表現模式。令人驚訝的是，據他們估計，大多數休眠期特化基因都是”非常古老”的旁系親屬，起源於4.73億年前。

布魯內特說：「儘管休眠進化的時間相對較短，但專門用於休眠的基因卻非常古老。我們發現，鱂魚中大多數專門用於休眠的基因都是非常古老的旁系親屬，這意味著它們在所有脊椎動物的共同祖先中都有複製。

物種間的比較分析

由於弗氏假鰓鱂、南美鱂（Austrofunduluslimnaeus）（也會出現休眠）和兩種不會出現休眠的鱂魚：五線旗鱂（Aphyosemion striatum）和琴尾旗鱂（Aphyosemion austral）的胚胎基因表達進行了比較。

他們發現弗氏假鰓鱂和南美鱂的基因表現模式有明顯的重疊，這兩種魚的停歇演化是相互獨立的，但在兩種非停歇物種中卻沒有發現。同樣，研究人員也發現了小家鼠（Mus musculus）胚胎在休眠期基因表現模式的顯著相關性，並顯示小鼠的休眠期特化基因也有非常古老的起源。

辛格說：”這表明，在遠親物種之間，使停歇得以實現的相同機制被反覆採用，以實現停歇的進化。”

接下來，研究人員探討了這些休眠期特化基因在鱂魚體內的調控方式。他們發現了幾種控制休眠期基因表現模式改變的關鍵轉錄因子，包括REST和FOXO3，已知這兩種轉錄因子在哺乳動物冬眠（一種不同的休眠形式）期間也會表現。值得注意的是，這些調控基因中有幾個涉及脂質代謝，而脂質代謝在休眠期具有獨特的特徵。

“休眠的關鍵因素之一是這種特殊的脂質代謝，”布魯內特說。 “在休眠期，它們的三酸甘油酯和長鏈脂肪酸含量似乎要高得多，這是一種儲存形式，也可能有助於長期保護生物體膜。”

停滯期研究的未來方向

研究小組計劃繼續研究不同物種如何調節休眠，並深入挖掘脂質代謝在休眠和其他類型的懸浮狀態中的作用。

辛格說：『這是一種非常複雜的狀態，我認為我們只是觸及了表面。我們想更深入地研究休眠期如何調節脂質代謝的具體方面，我們也有興趣研究特定細胞類型在休眠期的作用。

編譯來源：ScitechDaily