鱼类如何借助皮肤的光感受器变色

你是否想过有些鱼类如何能够根据周围的环境或者与其他鱼类交流而改变皮肤的颜色？科学家们发现，这些鱼类的皮肤有一种特殊的光感知能力，可以帮助它们调节颜色变化。在这篇博客文章中，我将介绍这项引人入胜的研究的背景、有趣的发现和细节。

背景

颜色变化是许多动物共有的一种适应*行为，如头足类、两栖类、爬行类和鱼类等。它可以帮助它们通过调节体温、躲避捕食者、吸引配偶或者表达情绪等方式生存6,7,8。颜色变化是由一种特殊的皮肤细胞——色素细胞实现的，它们含有不同类型的色素，可以在细胞内重新排列来改变外观。例如，当色素细胞分散其色素时，它会暴露出下层的（通常是白色的）组织，使皮肤看起来更浅。当色素细胞聚集其色素时，它会遮盖下层的组织，使皮肤看起来更深或者有颜色。

许多能够变色的动物还具有皮肤光感知能力，也就是皮肤光感受性。这种感觉涉及一种叫作视紫红质（opsin）的蛋白质，它也存在于眼睛中，可以对不同波长的光作出反应。科学家们认为，皮肤光感受性可能有助于动物调节颜色变化，通过感知环境光或者监测自身皮肤颜色。然而，皮肤光感受性在颜色变化中的确切功能和机制仍然不太清楚。

有趣的发现

来自杜克大学和其他机构的研究团队在一种能够变色的鱼类——猪鱼（Lachnolaimus maximus）中揭示了皮肤光感受性的工作原理。猪鱼是一种大型且有价值的珊瑚礁鱼类，可以在几秒钟内改变其皮肤颜色，从白色、红棕色到斑驳的图案（图1）。研究人员使用了各种技术，如免疫荧光、电子显微镜、光谱敏感度估计和微分光谱法，来检查猪鱼皮肤中SWS1视紫红质和色素细胞之间的结构和功能关系。

他们发现，猪鱼皮肤中有一种类型的视紫红质叫作SWS1（对短波长光敏感），它对大约415纳米的短波长光敏感。这种视紫红质表达在一种独特的细胞群中，它们位于色素细胞的下方，有很多膜表面积用于光接收。研究人员还发现，色素细胞的色素可以阻挡或者允许短波长光到达SWS1受体，这取决于它们是分散还是聚集的。这意味着SWS1受体可以检测色素细胞的颜色变化，并提供反馈信息。

研究人员提出，猪鱼皮肤中的光感受性作为一种感觉反馈系统，有助于微调颜色变化的输出。他们认为，当猪鱼需要改变颜色时，它们会从眼睛或者大脑接收关于环境线索或者社会情境的信号。然后，它们调节色素细胞的色素，以适应背景或者与其他鱼类交流。然而，这个过程可能不是完美的，可能需要一些修正。这就是皮肤光感受性的作用。通过感知色素运动引起的光变化，SWS1受体可以监测色素细胞的表现，并向它们提供反馈，以提高准确性。

这种反馈系统对于猪鱼可能很重要，因为颜色变化可能对它们的生存和繁殖有重大影响。例如，如果猪鱼不能正确地匹配其背景，它可能更容易受到捕食者或者竞争者的威胁。如果猪鱼不能清楚地表达其性别或者地位，它可能错过交配机会或者社会互动。因此，有一种监测和调节颜色变化的方法可能会给猪鱼带来优势，在它们复杂和动态的环境中。

研究人员还指出，这种反馈系统可能不是猪鱼所独有的，可能也存在于其他能够变色的动物中。他们认为，皮肤光感受性可能在不同的类群中多次进化，作为一种提高颜色变化性能和适应性的方式。他们希望他们的发现能够激发更多关于其他动物皮肤光感受性的生物学机制和行为功能的研究。