摘要: 洞穴鱼类具有诸多独特的性状，如脑的视觉区域较小，眼、皮肤色素高度退化，非视觉感官发达，能量代谢水平低，这些特征有利于适应无光照、缺乏食物的洞穴环境，使洞穴鱼类成为研究高选择压力下的极端环境中进化适合度的典型类群。玫瑰高原鳅（Triplo... 展开 洞穴鱼类具有诸多独特的性状，如脑的视觉区域较小，眼、皮肤色素高度退化，非视觉感官发达，能量代谢水平低，这些特征有利于适应无光照、缺乏食物的洞穴环境，使洞穴鱼类成为研究高选择压力下的极端环境中进化适合度的典型类群。玫瑰高原鳅（Triplophysa rosa）是一种典型洞穴鱼，生活在黑暗的洞穴水体中，眼退化为黑色眼点或消失。本研究以玫瑰高原鳅等鱼类为研究对象，开展以下三方面的工作：1.对玫瑰高原鳅进行光照处理，测定个体及器官（脑、心、肝）的代谢率，探究玫瑰高原鳅这种典型洞穴鱼的代谢水平，以及光照是否会影响其代谢水平；2.光照处理后，对玫瑰高原鳅的脑和肌肉组织进行比较转录组学分析，探究光照对玫瑰高原鳅基因表达的影响；3.与三种近缘鱼类（贝氏高原鳅Triplophysa bleekeri、长须盲高原鳅Triplophysa longibarbatula、武隆高原鳅Triplophysa wulongensissp.nov（暂定名））进行个体及器官代谢水平的比较研究，探讨栖息地和视觉器官退化程度的种间差异与代谢水平的关联。 主要研究结果如下： 1．玫瑰高原鳅的静止代谢率（RMR）与体重（M）的关系为RMR = 0.932logM-1.369，特定体重静止代谢率（MS-RMR）均值为38.3mgO2?h-1?kg-1，远低于相同条件下的多数鱼类。 2．光照对玫瑰高原鳅、武隆高原鳅和贝氏高原鳅的 RMR 及脑、心和肝的代谢率（MO2）均无显著影响，且正常光周期及持续黑暗下其昼夜代谢率都没有明显变化。光照对玫瑰高原鳅的红细胞数量、红细胞面积及血红蛋白含量也无显著影响。 3．随体重（M）增大，玫瑰高原鳅的心重和肝重增大，脑重无明显变化，脑和心MO2也无明显变化，肝 MO2增高，脑、心和肝重占 M 的比值分别为 0.29%、0.08%和0.98%，脑、心和肝MO2占个体RMR的比值分别为8.62%、3.55%和8.61%；随M增大，武隆高原鳅的心重和肝重增大，脑重无明显变化，脑、心和肝 MO2增高，脑、心和肝重占M的比值分别为1.11%、0.18%和1.03%，脑、心和肝MO2占RMR的比值分别为5.64%、1.11%和 1.31%；随 M 增大，贝氏高原鳅的脑重、心重和肝重都无明显变化，脑和心MO2无明显变化，肝MO2增高，脑、心和肝重占M的比值分别为0.79%、0.13%和1.12%，脑、心和肝MO2占RMR的比值分别为1.57%、0.22%和0.75%。 4．玫瑰高原鳅脑和肌肉组织显著富集的GO项和KEGG通路都与免疫和疾病相关。光照处理后，玫瑰高原鳅应激相关基因 hsp70、hsp90、hspa4、dnajb4，运动相关基因mylk4、sorbs1及昼夜节律相关基因c-fos、c-jun、bhlhe40表达上调。 5．将玫瑰高原鳅、武隆高原鳅、贝氏高原鳅和长须盲高原鳅的体重标准化到2.596 g后它们的RMR分别为0.113、0.427、3.396和0.034 mgO2?h-1。协方差分析发现，武隆高原鳅的RMR显著高于玫瑰高原鳅（F= 53.277,p＜0.001）、长须盲高原鳅（F= 56.988, p＜0.001）和贝氏高原鳅（F= 5.545,p= 0.023），贝氏高原鳅的RMR显著高于玫瑰高原鳅（F= 9.120,p= 0.004）和长须盲高原鳅（F= 18.150,p＜0.001）。随M增加，玫瑰高原鳅、武隆高原鳅和长须盲高原鳅RMR的异速指数（bR）分别为0.932、0.625和1.108，玫瑰高原鳅和长须盲高原鳅的bR较高，与1均无显著差异（p= 0.549;p= 1.108），武隆高原鳅的bR较低，显著小于1（p= 0.070），贝氏高原鳅的RMR与M没有明显的相关关系。 讨论认为： 1．玫瑰高原鳅的脑和眼较小，节约了视觉耗能，因而其代谢水平低于多数鱼类，这有利于其生活在食物匮乏的黑暗洞穴环境中。 2．玫瑰高原鳅、武隆高原鳅和贝氏高原鳅的个体RMR及器官MO2在光照后没有发生变化，说明它们的个体及器官代谢率均不受光照影响；黑暗及正常光周期下它们的代谢率均无昼夜变化，表明这几种高原鳅均不存在代谢上的昼夜节律。红细胞数量、红细胞面积及血红蛋白含量三种血液指标均不受光照影响，表明玫瑰高原鳅的血氧运输能力没有发生改变。 3．光照后玫瑰高原鳅的应激反应基因 hsp70、hsp90、hspa4、dnajb4，运动功能相关基因mylk4、sorbs1及昼夜节律相关基因c-fos、c-jun、bhlhe40表达上调，表明光照对玫瑰高原鳅的相关生理过程产生了基因表达水平上的影响。 4．玫瑰高原鳅的心重和肝重随 M 的增加而增加，这与鱼类器官大小变化的一般模式相同，但脑重随M增加无明显变化，脑重占M的比例较武隆高原鳅和贝氏高原鳅低，而整个脑的MO2占RMR的比值高于武隆高原鳅和贝氏高原鳅，各物种中整个脑的MO2高于整个心和肝的MO2，提示脑是高耗能器官，对于玫瑰高原鳅这一典型洞穴鱼来说，在个体发育过程中，维持较小的脑具有明显的进化优势。 5．玫瑰高原鳅和长须盲高原鳅这两种眼退化的典型洞穴鱼的RMR显著低于武隆高原鳅和贝氏高原鳅这两种眼正常的非洞穴鱼类，这种差异与它们所处生境的差异有关，洞穴中食物资源稀缺，较低的代谢水平有利于节约能量；眼的退化程度与代谢水平的高低呈明显的对应关系，因为视觉耗能巨大，眼退化的物种可以降低视觉相关耗能，提高在洞穴中的进化适合度。本研究中的4种高原鳅的RMR与M之间的关系符合代谢水平边界假说的预测，即代谢水平较低的物种其bR较高。 收起