电鱼是怎么长出大脑袋的

2020-07-22 161鱼类

在淡水鱼世界的头盔头,非洲mormyrid鱼类以其与人类相似的脑体比例而闻名。

电鱼是怎么长出大脑袋的?实际上,mormyrid大脑的大小有很大的变化。这些差异为我们提供了一个机会,让我们来看看背后是什么。

绘制mormyrid鱼大脑详细区域图

来自圣路易斯华盛顿大学的研究人员已经绘制了mormyrid鱼大脑中非常详细的区域图。在11月15日出版的《当代生物学》(Current Biology)杂志上发表的一项新研究中,他们报告说,与相关鱼类相比,这种鱼类家族成员大脑中称为小脑的部分要大得多,这可能与它们利用微弱的放电来定位猎物和彼此交流有关。

艺术与科学生物学教授布鲁斯·卡尔森说:“对于那些关注这种鱼的人来说,体型的发现本身并不特别令人惊讶。”这几乎成了一个真理。”至少在mormyrids,人们的想法是,“大脑袋意味着大小脑。”

电鱼是怎么长出大脑袋的

相反,研究人员对他们的新测量如何帮助解释神经解剖学中长期存在的问题充满了热情。

当大脑变大时,大脑的所有区域都会以可预测的方式放大吗?或者说,自然选择是独立地作用于大脑的不同区域——比如说,在有额外理由使用它们的动物中,大脑的某些部分会变大?

“当你观察人类大脑时,大脑皮层已经成为吞噬大脑其他区域的巨大部分,”这项新研究的第一作者金伯利·V·苏洪(Kimberley V.Sukhum)说,她最近在华盛顿大学完成了生物学博士学位。她是圣路易斯华盛顿大学医学院的博士后研究员。

“我们在mormyrids发现了与小脑相似的东西,”Sukhum说但我们不知道这个区域是怎么变得这么大的,甚至不知道所有的物种都有一个非常大的小脑。”

mormyrids有200多种。其中一些因其特殊的电传感系统而被广泛研究。研究人员长期以来一直在寻找这些鱼如何利用电脉冲进行交流和寻路的答案。mormyrid家族的其他物种在很大程度上被忽视了。

研究内容

电鱼是怎么长出大脑袋的?在这项分析中,卡尔森和苏霍姆选择了六种摩米鱼的个体进行比较,其中一种被认为是近亲,另外三种远亲鱼类。

Sukhum和Carlson利用micro-CT技术收集了鱼类大脑软组织的完整扫描图像,然后费劲地确定了它们内部不同区域的标记。他们制作的3D地图使他们能够非常精确地测量和比较大脑各个区域的体积。

在他们比较的所有鱼身上,他们发现随着大脑总尺寸的增加,大脑中各个区域的大小也以可预测的方式增加。然而,对于mormyrids,他们发现小脑的大小不能完全由大脑的总大小来预测。

换句话说,电鱼的小脑明显比没有拉链的鱼大。电鱼的后脑也比它们的近亲非电鱼大。

如果大脑的一个部分可以独立于大脑的其他部分来放大或缩小,那么神经解剖学家说这是一个叫做镶嵌进化的例子。马赛克位移被认为是相对罕见的,目前关于这一主题的研究主要集中在确定自然界中发生这种变化的各种情况。

“在这里,我们看到马赛克增加只在mormyrid,而不是在外围群体,”苏洪说我们在mormyrids而不是外围群体中看到的一个东西是电感应系统。这两件事之间存在潜在的关系。”

他们测量的一些mormyrids拥有非常大的大脑——比研究中最小的mormyrids大三倍。尽管在总大小上存在差异,但没有证据表明该组小脑出现马赛克变化。这是一个证据,马赛克变化不仅仅是大脑进化的结果。相反,这种转变很可能与新特性的进化有关,比如电感应系统。

研究意义

为什么这么大的研究他们不能这么说。

但卡尔森有预感。他认为,大脑的这一部分可能在 mormyrids的运动规划方面,以及鱼如何预测它在移动和发出电脉冲时会收到的感官反馈。

卡尔森说:“要处理的计划和后果比普通鱼多得多。”

引用

Washington University in St. Louis. "How electric fish got their big brains." ScienceDaily. ScienceDaily, 15 November 2018. www.sciencedaily.com/releases/2018/11/181115145031.htm.

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