在魚類身上發現物種演化的關鍵

日前，科學家在一種魚類身上無意中發現了物種演化的關鍵，那就是新感知覺系統的發展——該系統得以發展的魚類有可能演化為兩種甚至更多的物種。

這種名為象鼻魚（elephant fish）的小魚生活在渾濁的水環境中，通過微弱的電信號相互交流。 因此，即使水中的可見度為零，這些小魚也能通過收發電信號的獨特器官得以溝通。

美國華盛頓大學的生物學家布魯斯·卡爾森（Bruce Carlson）通過多年研究發現，大腦的複雜程度為這種魚類快速演化和分化提供了可能性，而大腦的複雜程度則直接來自於魚類的感知覺加工能力。


這種魚類必須能夠在渾濁的水環境中識別出同種魚類的電信號，同時忽略其他魚類的信號。 研究者們發現，26種象鼻魚的中腦外側核（exterolateral nucleus, EL）已經發展為專門用來識別這種信號的區域。 他們發現EL區域的發展引發了象鼻魚科內的一個遺傳譜系系信號檢測系統的改進，並推動了物種進化的加速；而姐妹譜係由於在前期缺失EL區域的發展，導致信號檢測能力下降，同時也沒有繼續分化。

信號探測能力強大的魚類可以識別不同種類的放電和脈衝形式，它們的感知覺系統複雜程度遠遠超過了腦部沒有繼續發展的魚類。


卡爾森在《科學》上寫到：圖片上面的那組魚類屬於Paramormyrops 屬，擁有可以進行複雜信號加工處理的腦，（演化過程中）放電形式變化很快，造成了很相近的種屬之間脈衝波的區別也很明顯。 下面的一組魚屬於Petrocephalus屬，其中腦結構簡單，脈衝波波形也十分相似。 這兩種屬的區別就在於，上面一組魚類有對應於發展信號檢測系統所需的解剖學特徵——比如發射不同脈衝的結構，以及能夠分辨脈衝波波形微小差異的結構。

卡爾森認為：在演化生物學的研究中，要確定某種特性是另一種特性的誘因是一件很困難的事情。 但是這一次，我們能夠證明新物種大量形成之前，發生了腦結構趨向複雜信息加工結構的演化。 擁有這種腦的魚類，其電信號產生分化，並能夠精確分辨不同的信號。 這些發現支持了腦的演化可以引發多樣化的增加。

卡爾森的工作暗示著腦部演化迅速的物種——比如智人——如果遇到合適的環境，就會更有可能演化出新的物種。 對於象鼻魚來說，進化的關鍵在於腦部對所輸入感覺信息的挑選能力。

節錄自 科學松鼠會 2011/05/06

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