人類用眼睛看世界，而魚卻可以用皮膚“看世界”？

說起看東西，我們的第一反應(yīng)就是用眼睛看。

但最近，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)有一種魚，不僅能夠用眼睛看東西，而且還能用皮膚“觀察”周圍的環(huán)境，甚至在死后，皮膚里的感受器還在發(fā)揮作用。

用皮膚“看世界”的豬魚

這種魚叫做長棘毛唇隆頭魚（Lachnolaimus maximus）。

它長著一個有些像豬鼻子的長鼻子，用這個鼻子來搜尋藏在沙子中的甲殼動物，這個搜尋動作也特別像豬用鼻子拱來拱去，所以它們又被稱作豬魚（Hogfish）。

豬魚。圖片來源：wikipedia.com

豬魚最特別的地方還不是它的鼻子，而是它們的變色能力。

豬魚能夠快速調(diào)整皮膚的顏色，使自己融入周圍珊瑚礁的環(huán)境之中，或者變成鮮艷的顏色以趕走競爭者，或吸引異性。

人們熟悉的變色龍往往需要幾分鐘才能完成變色，而豬魚變色的速度很快，甚至能在不到一秒鐘的時間里改變皮膚的顏色，跟章魚、烏賊之類的動物有得一拼。

能瞬間變色的章魚。圖片來源：wikipedia.com

更有意思的是，這些魚甚至在死后依然能變色。

發(fā)現(xiàn)這一現(xiàn)象的是生物學(xué)家洛里·施韋克特。幾年前，她在釣魚時釣起了一條豬魚，豬魚離開水之后很快就死掉了，施韋克特把死去的豬魚扔在了甲板上，過了一會等她打算把豬魚放進(jìn)冰箱時，她發(fā)現(xiàn)豬魚的皮膚竟然變成了跟甲板一樣的顏色。

這一發(fā)現(xiàn)讓她非常驚訝。之前科學(xué)家們認(rèn)為，豬魚是通過眼睛觀察周圍的環(huán)境，然后再通過大腦向皮膚發(fā)出指令來改變顏色的。但豬魚死后，眼睛和大腦的視覺系統(tǒng)都停止運(yùn)轉(zhuǎn)了，它們怎么還能變色？難道豬魚變色可以不依賴于大腦和眼睛？

施韋克特正在捕撈長棘毛唇隆頭。圖片來源：《自然·通訊》

雖然人們已經(jīng)知道，像章魚、烏賊這樣的軟體動物，確實(shí)能夠通過皮膚上的光感受器來探測周圍的環(huán)境。但人們還沒有在魚類身上看到這一點(diǎn)。于是，施韋克特和同事開始了對豬魚變色相關(guān)的研究。

在2018年，施韋克特和同事就發(fā)表了一篇文章，科學(xué)家們指出在豬魚的皮膚里存在一種能夠感光的蛋白——視蛋白SWS1。這種視蛋白在多種動物的視錐細(xì)胞中都存在（包括人類）。

在5年后，也就是2023年8月，施韋克特和同事們又在《自然·通訊》上發(fā)表了一篇論文，解釋了豬魚皮膚中的感光蛋白是如何幫助它們調(diào)整皮膚顏色的。

為了了解這一點(diǎn)，我們要先從豬魚的變色原理說起。

生物變色的原理

豬魚變色的原理和變色龍、章魚、烏賊的變色原理很相似，是通過調(diào)節(jié)體內(nèi)的色素細(xì)胞來實(shí)現(xiàn)的。

變色龍。圖片來源：wikipedia.com

在最新的研究中，施韋克特和同事們在豬魚的皮膚里檢測到了紅、黃、黑色素細(xì)胞，通過調(diào)節(jié)這些色素細(xì)胞的相對大小，就可以讓皮膚呈現(xiàn)出不同類型的顏色，類似于我們用顏料調(diào)色一樣。

另外，施韋克特和同事們還從光學(xué)顯微鏡下看到了彩虹色素細(xì)胞和白色素細(xì)胞。這兩種色素細(xì)胞和紅、黃、黑色的色素細(xì)胞不太一樣。

彩虹色素細(xì)胞并不是真的存在許多種顏色，而是通過調(diào)節(jié)鳥嘌呤晶體的結(jié)構(gòu)，讓皮膚呈現(xiàn)絢麗的顏色。

同樣的，白色素細(xì)胞也并不是真的存在白色色素，也是通過調(diào)節(jié)鳥嘌呤晶體的結(jié)構(gòu)反射光線。

這些分布在皮膚中的色素細(xì)胞，是包括豬魚在內(nèi)的生物變色的基礎(chǔ)。

豬魚皮膚以及皮膚中的色素細(xì)胞。圖片來源：參考文獻(xiàn)[2]

而視蛋白SWS1在這個過程中，起到了從皮膚內(nèi)向外“看”的作用。它通過“看”到的細(xì)微差別，對色素細(xì)胞進(jìn)行微調(diào)。

在豬魚的皮膚中，SWS1視蛋白存在于色素細(xì)胞下方，因此，不同色素細(xì)胞的大小，會影響抵達(dá)視蛋白的光線。

通過接收到的光線差異，SWS1就可以微調(diào)色素細(xì)胞，讓皮膚呈現(xiàn)更接近周圍環(huán)境的顏色。

結(jié)語

之前人們已經(jīng)知道動物皮膚中蘊(yùn)含的視蛋白，但卻一直沒有研究這些視蛋白是如何幫助動物實(shí)現(xiàn)變色功能的。

事實(shí)上，生物皮膚中視蛋白“看東西”的機(jī)制和“眼睛-大腦”這套視覺機(jī)制并不相同，它能更簡單快速地判斷皮膚和環(huán)境顏色的差異。

通過對生物變色原理的了解，人們在不久的將來可能有望制造出基于這種原理的視覺傳感器，讓包括自動駕駛汽車在內(nèi)的人工智能更簡單、快速地“看見”世界。

參考文獻(xiàn)

[1]Schweikert, L.E., Fitak, R.R. & Johnsen, S. De novo transcriptomics reveal distinct phototransduction signaling components in the retina and skin of a color-changing vertebrate, the hogfish (Lachnolaimus maximus). J Comp Physiol A 204, 475–485 (2018).

[2]Schweikert, L.E., Bagge, L.E., Naughton, L.F. et al. Dynamic light filtering over dermal opsin as a sensory feedback system in fish color change. Nat Commun 14, 4642 (2023).

策劃制作

作者丨田達(dá)瑋 科普作者

監(jiān)制丨中國科普博覽

責(zé)編丨金禹奮（實(shí)習(xí)生）