卡羅萊納鋸魴鮄擁有六條腿狀附肢，擅長底棲生活，善於匍匐前進並挖掘獵物。 它們如此成功，往往會吸引其他魚類來搶奪它們的發現。這種有趣的行為和獨特的解剖學吸引了科里-阿拉德（Corey Allard），他於2019 年在科德角的海洋生物實驗室偶然邂逅了這些與眾不同的魚類，並開始了對它們的研究。

卡羅來納鋸魴鮄（Prionotus carolinus）。 對卡羅來納鋸魴鮄腿狀附肢的研究深入揭示了其進化適應性，將其獨特的特徵與遺傳和感官生物學聯繫起來，對理解人類進化具有重要意義。 圖片來源：Anik Grearson

對卡羅來納鋸魴鮄的研究始於它們不同尋常的腿狀附肢，研究揭示了它們複雜的感官和遺傳適應性。這些發現突顯了卡羅來納鋸魴鮄在研究生物演化方面的作用，將它們的特徵與更廣泛的生物過程（包括人類的生物過程）聯繫起來。

阿拉德是分子和細胞生物學系教授尼古拉斯-貝洛諾（Nicholas Bellono）實驗室的博士後研究員。 貝洛諾實驗室研究許多海洋動物的感覺生物學和細胞生理學，包括章魚、水母和海蛞蝓。

卡羅來納鋸魴鮄是一個物種的例子，具有非常不尋常、非常新穎的特徵，Allard介紹說，研究人員們想用它們作為一個模型，詢問’如何製造一個新器官？ “

阿拉德隨後對卡羅來納鋸魴鮄生物學進行了深入研究，並與史丹佛大學研究這種魚的發育遺傳學的研究人員展開合作，最終在《當代生物學》（Current Biology）上連續發表了由貝洛諾、史丹佛大學的艾米-赫伯特（Amy Herbert）和大衛-金斯利（David Kingsley）等人合著的論文。 這些研究提供了迄今為止對卡羅來納鋸魴鮄如何使用它們的腿、哪些基因控制著這些腿的出現以及如何將這些動物用作進化適應的概念框架的最全面的了解。

卡羅來納鋸魴鮄的”腿”其實是胸鰭的延伸，它們的胸鰭兩側各有三個。 阿拉德首先試圖確定卡羅來納鋸魴鮄的”腿”是否是真正的感覺器官。 他做了實驗，觀察圈養的卡羅來納鋸魴鮄捕食獵物的過程，它們在短時間的游泳和”行走”之間交替。 在沒有視覺提示的情況下，它們偶爾也會抓撓沙面，尋找埋藏的獵物，如貽貝和其他貝類。 研究人員發現，魚腿對機械和化學刺激都很敏感。 他們甚至埋下了只含有單一化學物質的膠囊，魚兒也能輕易找到它們。

偶然的機會帶來了另一個偶然的發現。 阿拉德說，他們在研究中期收到了一批新魚，這些魚看起來和原魚很像，但是新魚並不像原魚那樣會挖掘和尋找埋藏的獵物或膠囊。原來，研究人員發現了不同種類的鋸魴鮄。 在研究中，他們最終確定了這兩種魚的特徵– Prionotus carolinus透過挖掘來尋找埋藏的獵物，對觸覺和化學信號高度敏感； P. evolans嘖缺乏這些感覺能力，用腿來運動和探測，但不用於挖掘。

在研究這兩種魚的腿部差異時，他們發現挖掘魚的腿呈現鏟狀，覆蓋著乳突，類似我們的味蕾。 而非挖掘魚的腿呈桿狀，沒有乳突。 根據這些差異，研究人員得出結論，乳突是演化的亞特化。

阿拉德的論文描述了鋸魴鮄新型感官的演化過程，其中包括對比較動物學博物館的卡羅來納鋸魴鮄標本進行分析，以研究不同物種和不同時期的腿部形態。 他發現，挖掘卡羅來納鋸魴鮄腿部的物種僅限於少數幾個地方，這表明這種特徵是最近才進化出來的。

研究鋸魴鮄的腿不僅僅是為了和奇怪的動物一起玩耍（雖然這也很有趣）。 會步行的魚是一種潛在的強大模式生物，可以用來比較特殊的性狀，並告訴我們進化是如何使人適應非常特殊的環境的。

大約600 萬年前，人類進化出直立行走的能力，從靈長類祖先中分離出來。 兩足行走是我們這個物種的決定性特徵，但我們對這一變化是如何、何時以及為何發生的知之甚少。 卡羅來納鋸魴鮄和它們對生活在海底的適應可以提供一些線索。 例如，控制其腿部發育的基因轉錄因子也存在於包括人類在內的其他動物的四肢。

第二項研究的重點是遺傳學，包括史丹佛大學的金斯利實驗室、義大利物理學家阿涅斯-塞米娜拉和德國馬克斯-普朗克研究所的生物學家莫德-鮑德溫，全面研究了步行魚這不尋常性狀的遺傳基礎。 研究人員利用轉錄組和基因組編輯等技術，確定了哪些基因轉錄因子用於卡羅來納鋸魴鮄腿的形成和功能。 他們還在兩種具有不同腿形的卡羅來納鋸魴鮄之間產生了雜交種，以探索這些差異的遺傳基礎。

貝洛諾說：”艾米和科里為描述這種動物做了很多工作，我認為從行為描述到分子描述，再到進化假說的描述是非常罕見的。我認為這是一個很好的藍圖，說明人們如何提出一個科學問題，並以好奇和開放的心態嚴謹地追問下去。

編譯自/ SciTechDaily