眨眼的鱼揭示了我们的祖先如何从水进化到陆地的线索

一种不寻常的眨眼鱼——弹涂鱼，一天中大部分时间都在水面上度过，这为解释眨眼行为在我们祖先向陆地生活过渡的过程中如何以及为何会进化提供了线索。新研究表明，这些两栖鱼类已经进化出眨眼行为，其目的与我们眨眼的行为有很多相同之处。研究结果表明，眨眼可能是四足动物（包括哺乳动物、鸟类、爬行动物和两栖动物）在大约 3.75 亿年前向陆地生活过渡而进化出的一系列特征之一。

该研究于 4 月 24 日发表在美国国家科学院院刊由宾夕法尼亚州立大学生物学助理教授托马斯·斯图尔特（Thomas Stewart）和塞顿希尔大学生物学助理教授布雷特·艾洛（Brett Aiello）领导。

“动物眨眼的原因有很多，”斯图尔特说。“眨眼可以帮助我们保持眼睛湿润和清洁，帮助我们保护眼睛免受伤害，我们甚至用眨眼来交流。研究这种行为是如何进化出来的一直很有挑战性，因为允许眨眼的解剖学变化大多发生在，这些特征在化石记录中保存得并不好。弹涂鱼独立进化出了眨眼行为，这让我们有机会测试眨眼行为是如何以及为何会在定期离开水面到陆地上生活的鱼类身上进化出来的。”

为了了解弹涂鱼如何进化出眨眼的能力，研究人员用高速录像分析了弹涂鱼的行为，并将弹涂鱼的解剖结构与一种不眨眼的近亲水生鱼进行了比较。弹涂鱼的眼睛从头顶凸出，就像青蛙的眼睛一样。为了眨眼，弹涂鱼会暂时将眼睛缩回眼窝，眼窝被一层名为“皮杯”的弹性膜覆盖。弹涂鱼眨眼的时间与人类眨眼的时间大致相同。

“弹涂鱼眨眼的动作似乎是通过现有肌肉的重新排列而进化而来的，这种重组改变了它们的活动路线，同时也进化出了一种新的组织，即真皮杯，”艾洛说。“这是一个非常有趣的结果，因为它表明一个非常基本的系统可以用来进行复杂的行为。你不需要进化出很多新的东西来进化这种新行为——弹涂鱼只是开始以不同的方式使用它们已有的东西。”

为了揭示弹涂鱼在陆地上眨眼的原因，研究小组考虑了眨眼在人类和其他四足动物身上的作用。对于人类来说，泪水对于保持眼部细胞健康和氧气充足至关重要，因此研究人员分析了弹涂鱼是否也会眨眼来保持眼睛湿润。

“我们发现，就像人类一样，弹涂鱼在眼睛干涩时会更频繁地眨眼，”艾洛说。“令人难以置信的是，它们可以利用眨眼来润湿眼睛，尽管这些鱼还没有进化出任何泪腺或泪管。我们的泪水是由眼睛周围和眼睑上的腺体产生的，而弹涂鱼似乎将皮肤上的粘液与环境中的水混合在一起，形成了一层泪膜。”

研究小组还测试了弹涂鱼眨眼是否可以保护眼睛免受可能的伤害，以及眨眼是否可以清除鱼眼中的灰尘或碎屑。在这两种情况下，答案都是“是”。因此，弹涂鱼的眨眼似乎可以实现人类和其他四足动物眨眼的三个主要功能——保护、清洁和保持水分。

“我们的研究考虑了生物的行为和解剖学艾洛说：“研究眨眼行为是如何以及为何进化的，这为我们提供了一个绝佳的机会，让我们可以更多地了解人类是如何进化成现在这个样子的，也让我们能够深入了解动物历史上与重大转变相关的变化，比如栖息在陆地上。”

艾洛解释说，眨眼是人类和其他四足动物一整天都在做的事情，通常甚至没有意识到它的发生。他说，尽管眨眼是一种微妙的动作，但它实际上相当复杂和令人着迷，因为它是一种可以执行多种功能的单一行为，这些功能对脊椎动物眼睛的健康和安全都至关重要。

“过渡到陆地生活需要许多解剖学变化，包括进食、运动和呼吸的变化，”斯图尔特说。“弹涂鱼眨眼动作完全独立于我们的鱼类祖先进化而来，与我们自己的眨眼动作具有许多相同的功能，基于这一事实，我们认为它可能是四足动物适应陆地生活时进化出的一系列特征的一部分。”

更多信息：Brett R. Aiello 等人，弹涂鱼和四足动物眨眼的起源与陆地生活有关，美国国家科学院院刊（2023 年）。DOI：10.1073/pnas.2220404120