此前對喉部發(fā)聲的回聲定位蝙蝠研究發(fā)現(xiàn)莖舌骨(stylohyal bone)和鼓骨(tympanic bone)在空間位置上接觸并融合,因此研究人員利用micro-CT手段呈現(xiàn)豬尾鼠的骨骼解剖結(jié)構(gòu),發(fā)現(xiàn)其莖舌骨與鼓骨的空間位置接觸并融合,這與通過喉部發(fā)聲的回聲定位蝙蝠的結(jié)構(gòu)是一致的。這說明在發(fā)聲與聽覺結(jié)構(gòu)上,豬尾鼠與喉部發(fā)聲的回聲定位物種具有相同的解剖學結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。
為了尋找回聲定位行為在豬尾鼠遺傳物種當中留下的證據(jù),研究人員從頭測序組裝了中華豬尾鼠(T. cinereus)高質(zhì)量全基因組。我們知道物種的基因組數(shù)據(jù)量十分龐大,不同物種之間基因遺傳信息千差萬別。那么如何確定這些差別是豬尾鼠所特有的呢?又是如何確定這些特有的差別是跟其回聲定位有關(guān)呢?為此,研究人員采用趨同演化的思路來解決這個問題。
所謂趨同演化是原本親緣關(guān)系較遠的物種,由于生活在相同或者相似的環(huán)境中,演化出相同或相似身體結(jié)構(gòu)、行為表現(xiàn)、生理特征等現(xiàn)象以適應(yīng)相似的環(huán)境選擇壓力。如果把同是回聲定位的物種(蝙蝠、齒鯨、豬尾鼠)的基因組分別與各自的親緣、非回聲定位物種(果蝠、須鯨、小鼠)做比較,得出回聲定位物種各自變化數(shù)據(jù),然后從這些數(shù)據(jù)中選取回聲定位物種共有的,那么得出最終的數(shù)據(jù)很大概率上是回聲定位行為相關(guān)的。
利用這種方法,研究人員發(fā)現(xiàn)在全基因組范圍內(nèi),豬尾鼠和其他回聲定位物種(蝙蝠和齒鯨)共享了一些相同變化的基因,根據(jù)基因所表達的功能顯示這些基因中絕大部分都是與聽覺相關(guān)的。其中就包含被廣泛研究的回聲定位相關(guān)基因prestin,通過基因功能也實驗證實豬尾鼠prestin與其他回聲定位物種有著相同的功能。這些結(jié)果都表明正是這些聽覺相關(guān)的基因很可能使豬尾鼠具備了回聲定位的能力。
綜上所述,研究人員通過整合行為學、解剖學、基因組學、以及基因功能實驗多個獨立的證據(jù),證實了嚙齒目豬尾鼠屬(Typhlomys)的物種具有的回聲定位能力,正是這個特殊的能力,讓豬尾鼠很好地適應(yīng)了黑暗的環(huán)境。該研究結(jié)果刷新了人類對于回聲定位哺乳動物的認知,這一類新的回聲定位的哺乳動物類群的發(fā)現(xiàn),使得適應(yīng)性復(fù)雜性狀回聲定位獨立起源和演化的次數(shù)提高到了至少6次,成為了自然界中性狀趨同演化的典型案例。同時,該研究也提示著在眾多已知生物中,甚至未被發(fā)現(xiàn)的物種中,有可能存在著人類尚未發(fā)現(xiàn)的生物奧秘。
此外,在此之前蝙蝠和齒鯨是研究回聲定位復(fù)雜性狀的主要對象,但受限于動物飼養(yǎng)、體型以及研究手段等難題,很難在這些回聲定位物種上開展更精細、深入的研究,如神經(jīng)生物等。而豬尾鼠屬于嚙齒類,飼養(yǎng)繁殖容易操作,體型和系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系適用更廣泛的研究手段,有望成為研究發(fā)聲、聽覺、回聲定位神經(jīng)回路的模式物種。
多個實驗證據(jù)證實豬尾鼠具有回聲定位的能力(He etal. science)
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