深海，一个寒冷、幽暗且承受着巨大物理压力的荒芜之地。生命总能在那样的绝境中觅得一线生机，并演化出地球上最为奇诡的生物形态。
由于深海生物长期处于近乎全黑的生存环境，它们的视觉器官进化得极具科幻色彩：龙鱼拥有漆黑而空洞的眼眶，巨型鱿鱼的眼球硕大如盘，而望远镜鱼则生出一双呈桶状向上凝视的怪眼。这些特化的构造只有一个目的：捕捉深海中残留的微弱阳光，或探测生物发光所产生的稀疏光子。
有趣的是，这些深海居民并非生来就属于黑暗。它们通常在海洋的“暮光带”（约50米至200米深处）开始生命旅程。这片较浅的水域既能提供丰富的浮游生物作为食粮，也为这些脆弱的新生儿提供了规避深海大型捕食者的天然庇护所。
最近，我们在《科学进展》杂志上发表的一项研究揭示，深海鱼类幼体进化出了一种前所未有的视力增强机制。这一发现不仅解释了它们如何在微光环境中生存，更挑战了科学界对脊椎动物视觉系统的传统认知。
在传统的生物学定义中，脊椎动物眼睛后部的视网膜主要由两类感光细胞构成：视杆细胞负责在暗光下捕捉轮廓，视锥细胞则负责在强光下分辨色彩与细节。
当光线环境在明暗之间切换时，视网膜内的这两类细胞会缓慢调整位置。这也正是为什么在深夜突然打开电灯时，你会经历短暂的“失明”，因为你的视觉系统尚未完成从视杆细胞向视锥细胞的切换。
通常而言，日行性脊椎动物的视网膜以视锥细胞为主；而深海或洞穴生物为了适应幽暗环境，往往会舍弃视锥细胞，转而进化出高密度的视杆细胞。
处于明暗交替边界的“黄昏视觉”对生物而言简直是一场灾难——此时光线既不足以激活视锥细胞，对视杆细胞而言又显得过强。深海鱼幼体究竟是如何克服这两种感光细胞的生理局限，在如此尴尬的光学环境中存活乃至繁衍的？
为了揭开深海鱼苗视觉的奥秘，研究团队前往红海采集样本。我们利用精密的细网眼渔网，从海面一直拖曳至200米深的暮光带。
我们成功捕获了三类具有代表性的鱼苗：龙鱼科的灯鱼、斧头鱼，以及灯笼鱼科的瘦颊灯笼鱼。科研过程并非易事，尽管深海鱼常被赋予“巨兽”的艺术想象，但实际上它们成年后也不过拇指大小，幼体则更是仅有几毫米长且极其脆弱。
我们采用了多维度的研究策略：首先利用高分辨率电子显微镜观察细胞形态；其次分析视网膜在生长过程中的基因表达，确定激活视觉功能的特定序列；最后通过计算机建模，模拟这些视觉蛋白能感知的精确光波波段。
得益于深海研究界的全球协作，我们得以汇集多次科考探险获取的珍稀标本，最终拼凑出一幅关于这些神秘动物视觉发育的完整图景。
一个多世纪以来，教科书上的铁律是：脊椎动物视网膜发育遵循固定的顺序，即先形成视锥细胞，后形成视杆细胞。但深海鱼类的幼体却彻底打破了这一“规则”。
我们的研究发现，深海鱼在幼虫时期主要使用一种极其罕见的“混合型感光细胞”。这些细胞在外观上呈现为视杆状，但在分子运作机制上却完全是视锥细胞的内核。这种杂交细胞兼具了视杆细胞的高灵敏度和视锥细胞的高反应速度。
在大多数物种中，这种杂交细胞只是一种过渡性的生存策略。随着鱼类发育并迁徙至更黑暗的深海，这些细胞会被正常的视杆细胞取代。终生生活在暮光带的斧头鱼则是个例外，它们即便在成年后仍保留着这种“视杆状视锥细胞”，并围绕这种独特的细胞类型构建了整套视觉系统。
这并非对现有视觉系统的小修小补，而是在脊椎动物视网膜进化之路上开辟出的一条截然不同的蹊径。
在幽暗且浑浊的中层水域中，视觉的微小差异往往决定了生与死的界限。“视杆状视锥细胞”的意义在于它兼具了两者的演化优势：它既拥有视杆细胞捕捉极微弱光线的能力，又保留了视锥细胞在面对强光刺激时不至于过载失明的韧性。
对于一条体长仅几毫米的幼鱼来说，这种视觉机制可能就是它能提前发现捕食者并及时遁逃的关键。
长期以来，生物学倾向于将自然界归纳为界限分明的类别。但深海鱼幼体告诉我们，视杆细胞与视锥细胞之间的鸿沟并非不可逾越。它们在海洋深处悄然改写了眼睛的构造规则，提醒着我们生物进化的复杂性与无限可能：生命永远无法被简单地归类。
法比奥·科尔特西，澳大利亚研究理事会未来研究员，任职于昆士兰大学理学院，专注于海洋生物视觉演化研究。
莉莉·福格，赫尔辛基大学赫尔辛基生命科学研究所博士后研究员，主要从事深海生物生理学研究。
热门跟贴