研究人员通过高精度全基因组测序发现,这种体长约7厘米的小鱼本身缺乏负责生物发光关键酶——荧光素酶(luciferase)的基因,也没有任何通过“水平基因转移”从其他物种获取该基因的证据。 通常情况下,生物发光需要生物体自身携带并表达相关基因,而充金眼鯛却完全不具备用于合成这种发光酶的遗传蓝图。
相反,团队证实,这种鱼通过捕食一种被称为“海萤”(属于甲壳纲、介形类的发光浮游生物)的猎物,直接获取已经在对方体内合成完毕的荧光素酶蛋白,并将其“转运”到自身的发光器官中加以利用。 研究人员在论文中写道,这种做法意味着充金眼鯛自身无法生产荧光素酶,而是通过“囤积并利用猎物的荧光素酶蛋白”来实现发光,这种现象被称为“盗蛋白现象”(kleptoproteinism)。
这套机制类似于一种分子层面的“偷窃”。充金眼鯛在捕食发光介形类时,不去获取对方的DNA或基因,而是直接攫取对方已经生产好的功能性蛋白质,并在自身组织中重新部署。 这种模式在自然界极为罕见,是目前唯一被明确报道为通过“盗取猎物蛋白”获得功能的脊椎动物案例。
研究指出,这一策略在能量经济学上具有明显优势。维持一整套能自主生产发光酶及相关化学分子的基因和代谢途径,将给生物体带来不小的能量负担。 充金眼鯛则通过“外包生产”,把昂贵的生物化学合成过程留给海萤等猎物自己完成,自己只负责捕食并回收这些现成的分子“资源”,从而在节约能量的同时获得发光能力。
更令人意外的是,这种生物发光并非用来吸引配偶或诱捕猎物,而是用于伪装和隐身。研究团队解释,在昏暗的月光水域,当掠食者从下方仰望鱼群时,可以通过鱼体在水中的剪影识别目标。 但一旦充金眼鯛利用体内“偷来”的发光蛋白点亮自身腹部等发光器官,就能在水体背景光下抵消自身的阴影,从视觉上与周围环境融为一体,这种策略被称为“反照明伪装”(counterillumination)。
在拍摄到的影像中,研究人员展示了充金眼鯛腹面发出蓝色光的画面,并指出这些用于生物发光的酶和化学分子并非由鱼体自身生物合成,而是通过进食从猎物中获得并保存在体内。 这种“隐身斗篷”式的发光伪装,是自然界已知最精巧的隐蔽手段之一,大大提升了鱼群在海洋中躲避捕食者的能力。
不过,这种“外包发光”的策略也有前提条件,那就是充金眼鯛必须长期处在有足够“海萤”猎物可供捕食的环境中,才能不断为体内发光系统“补货”。 研究团队指出,每次进食发光介形类,都相当于为体内发光蛋白“加油”,发光强度并非持续不变,而是随着蛋白质消耗和再次进食而不断更新。
论文作者强调,他们的发现表明,生物在进化过程中可以在不依赖水平基因转移的情况下,直接通过“抢夺”猎物蛋白来获得新功能。 目前,具体的蛋白质“劫持”和运输机制尚未完全阐明,但充金眼鯛的全基因组数据为进一步研究“盗蛋白发光”系统的演化和分子机理提供了基础平台。
这项研究已发表于《Scientific Reports》,并由日本东北大学官方发布相关新闻通稿。 科学家认为,这一发现不仅刷新了人们对生物发光和基因功能分配的传统认知,也为理解生物如何通过极端“资源节约”策略在能量有限的环境中生存和适应提供了一个独特视角。