盲眼洞穴生物用DNA照亮进化的秘密之路

来自斯洛文尼亚卢布尔雅那大学的动物学家Peter Trontelj教授表示：“这些洞穴是孤立的世界。如果你（在地表以下）走了几米，你就进入了一个拥有完全不同生态条件的新世界。”

某些动物能适应这些没有植物生长的黑暗栖息地，从而使无光洞穴--如在斯洛文尼亚发现的洞穴--成为进化生物学的天然实验室。

Trontelj是GENEVOLCAV项目的负责人，该项目目前正在研究欧洲洞螈。这些不寻常的洞穴蝾螈类似于小的幽灵般的游泳蛇，其有四条骨感的腿和一个鳄鱼的鼻子。很久以前，洞螈的祖先生活在地面上，但当被困在这些洞穴后它们就会经历巨大的身体变化以此来应对新环境。洞螈并不是唯一能以这种方式进化的生物。

历史上，进化生物学家认为，如果我们回到过去，重新播放进化的时间线，我们一样可以采取不同的进化路径，世界和其中的生物则会看起来会完全不同。但洞穴告诉科学家们，情况并非如此。动物对光照和营养不足的环境如地下洞穴的适应“通常是相当可预测的”，Trontelj说道，“我们现在知道，每次都会走同样的路”。

GENEVOLCAV颠覆了人们对这些稀有洞穴蝾螈的理解。研究人员发现了9个潜在的不同物种，而不是像以前认为的那样只有一个物种，每个物种都在永恒的水色黑暗中独立进化出类似的特征。

虽然它们有着相同的漂白皮肤、无视力的眼睛和修长的鼻子，但这些物种是由不同的个体祖先发现它们进入这些午夜洞穴的方式而后裔。Trontelj表示：“一切都独立发生，但或多或少是平行的。”

DNA潜水

该项目旨在组装比人类基因组约16倍的洞螈基因组并确定使洞螈应其独特环境的基因变化。

“（物理）变化是相同或非常相似的，但问题是：‘它们是由相同的基因（和）造成的吗？”Trontelj问道。为了回答这些问题，Trontelj和同事们潜入地下的黑暗角落--有时会下到400米深的坑中--去测量洞螈并拭去它们的皮肤以收集DNA。他们将需要数百个样本来调查这些问题，这些问题可能对人类医学有重要影响。

Trontelj表示：“从更广泛的角度来看，（洞螈）有几个特征很有趣。这些乳白色的两栖动物可以活超过几百年，比它们表面的祖先长10倍，并且能在多年的饥饿中生存。在黑暗中，洞螈也会失去颜色并失明。人们已经知道，洞穴鱼的这种色素丧失和眼睛退化可能是由几个不同的基因造成的，其中一些基因是有联系的。科学家们还将这组基因跟‘人类眼睛退化和白化病的一些病理状态 ’联系起来。了解这些以可预测的方式发生的机制还可能有助于我们了解人类的一些退化性疾病。”

但现在只能在这些利基栖息地生存的洞螈是脆弱的。“这些洞穴和地下水是相当濒危的，有时甚至受到污染的极大威胁，”Trontelj说道，“如果我们不对新物种进行描述，如果它们没有名字，它们就不会像一个完全成熟的物种那样得到保护的关注。”

对于居住在地球黑暗深处的蠕虫、甲壳类动物有时甚至是鱼类也是如此。

地下数据库

ANCAVE项目的负责人Alejandro Martínez正在努力创建一个关于此类生物的数据库。他的数据库已有超33万个条目，其借鉴了所有在科学文献中以各种书面语言发表的关于地下洞窟动物的参考资料。

它被称为“Stygofauna Mundi”数据库，指的是自然学家Lazare Botosaneanu的一本书，他是研究这些地下生物的先驱。Martínez说道：“我们正在努力使所有这些信息公开。”

在这个数据库中，约10%的条目是Martínez特别感兴趣的动物：那些生活在沿海含水层中的动物，也被称为锚定环境。这些地下洞穴的特殊之处在于，它们的水是咸的，由附近的海洋通过地下裂缝和裂缝供给，另外还混合着从上面渗入的淡水。这些环境在世界各地都有，其中包括在马丁内斯长大的加那利群岛。

而其中的动物是独一无二的。Martínez介绍称：“许多动物是这种类型的栖息地所独有的，它们在其他地方是找不到的。”他指出，它们看起来很奇怪，而且在某种程度上是原始的，“它们类似于我们从化石记录中知道的东西，但现在已经灭绝了。”

其他动物跟海洋中的动物有共同的祖先，但它们隐居在洞穴中意味着它们不能杂交，这使科学家能将洞穴居民跟它们在阳光下的亲戚进行比较。

“（有些）跟如今在深海中发现的其他动物相似。它们在基因上相互接近，但在形态上（身体上），它们非常不同......通过比较世界各地的这些类型的物种，我们可以尝试更好地了解动物如何改变形状以适应新的环境，”Martínez说道。截止到现在，他已经亲自将物种添加到数据库中以作为ANCAVE项目的一部分。据悉，Martínez在地中海、加勒比海和几个大西洋群岛的大约50个洞穴中进行了采样。在这些洞穴中，他衡量了其中动物的相对丰度、捕获了一些动物，然后从形态学和遗传学上描述了它们。

午夜洞穴

然而该数据库只是第一步。“我们可以看到发生在所有这些世系中的一般情况。我们可以摆脱系统发育（一个物种或群体如何进化）的这些混杂影响，了解形态上的变化，”Martínez说道。

通过记录地下午夜洞穴的生物多样性的广度，科学家可以阐明进化的本质和动物如何变化。

但Martínez也认识到，数据库和对地下世界的研究只会引发更多的问题。事实上，这就是他不断返回这些黑暗的水洞的原因。