在巴西亚马逊的“电鱼”中发现了令人震惊的改编和“怪异的互动”

圣维森特洞穴系统入口处的研究人员。

来自巴西亚马逊的研究人员报告说，居住在地表和洞穴中的电鱼之间存在“怪异的相互作用”，揭示了300多只盲目的穴居鱼的令人震惊的行为，其祖先在几万年前就已生活在黑暗中。

对来自巴西亚马逊流域偏远地区的弱电鱼的研究不仅提供了一个独特的窗口，可以了解一种罕见的鱼如何在数万年的时间里适应了山洞中的生活，而且还首次揭示了这一点。电子鱼能够以类似于AM无线电的方式在比已知的更长的距离上彼此交互。

在《前沿》杂志上发表的研究结果中，研究人员表明，约有300种有生命成员（Eigenmannia vicentespelea）的适应洞穴的玻璃刀鱼是如何从仍然住在洞穴门外的表层亲戚（Eigenmannia trilineata）进化而来的—通过牺牲他们的眼睛和色素沉着，但会获得一些更强大的电子器官，从而增强了他们在绝对黑暗中感知猎物和进行交流的方式。

这项研究分析了鱼类的基于电的交流和行为，详细发现了弱电鱼类通过相互发送的电信号幅度的变化进入一条特殊的通道进行长距离消息传递。研究人员改编了爱因斯坦关于量子纠缠理论的名言，即“远距离的怪异相互作用”，以描述弱电鱼如何感知这些社交信息，从而在相距几米的距离内改变彼此的行为。

如今，已知有近80种从表面栖鱼进化而来的穴居鱼，所有这些都发展了某种感觉增强作用，以维持洞穴的生命，通常适应了数百万年，同时失去了它们在此过程中不再需要的感觉器官。

但是，生物学家们质疑，利用电感应在亚马孙河的黑暗和阴暗条件下航行的弱电鱼类也可能会适应吗？要么进化为增强的电感应以在绝对的黑暗中进行观察和交流，要么将其电关闭当大多数洞穴没有足够的食物资源时，可以节省能源成本。

这项研究的主要作者，新泽西理工学院（NJIT）的生物学家埃里克·佛瑞特（Eric Fortune）表示：“关于鱼类能否成功适应洞穴生活的最大问题之一是它们如何在没有光照的情况下适应生活。”“我的同事分为两组…，一组预测穴位鱼的电场将由于有限的食物供应而变弱，另一组则认为电场会变强，从而使鱼能够利用其电信号来观察在山洞的完全黑暗中更清晰地交谈。

在戈亚斯州巴西中部上托坎丁斯河流域，彼此相邻的两种远缘透明of鱼之间的对比。栖于表面的鱼类Eigenmannia trilineata（左）栖息在SãoVicente II洞穴入口处的Rio da Lapa，那里的盲目穴鱼Eigenmannia vicentespelea（右）已经适应了几万年来没有光照的生活。

“看来，利用它们的电感应来检测猎物并与他们交流对这些动物而言非常有价值；它们具有更大的电场强度。有趣的是，我们对它们的电场和运动的分析表明，它们可以在几米的距离内进行通信，这对于长度约10cm的鱼来说是一条很长的路。”

NJIT生物学副教授，该研究的合著者达芙妮·苏亚雷斯（Daphne Soares）表示：“到目前为止，几乎所有的海豚物种研究都局限于实验室的行为实验，这就是为什么这项研究很特别的原因。“这是我们首次能够连续几天监控任何自然环境下的穴居鱼的行为。我们对他们的神经系统和对洞穴生活的专门适应有了深刻的了解，但是就像在中学一样，学习彼此之间的社交和健谈也…同样令人兴奋。”

怪异的互动和令人震惊的适应

为了进行调查，新泽西理工学院和约翰·霍普金斯大学的研究人员与圣卡洛斯联邦大学的生物学家玛丽亚·埃丽娜·比楚埃特（Maria Elina Bichuette）合作，他们在近二十年前就开始在巴西中部上托坎丁斯河流域偏远的圣维森特二世洞穴系统中研究这两组鱼类。 。

在几天的时间里，该团队应用了一种定制的电鱼跟踪技术，该技术包括在鱼的水生境中放置电极网格，以记录和测量每条鱼产生的电场，从而使该团队能够分析鱼的运动和基于电力的社交活动。互动。

研究人员在长达20分钟的记录中追踪了来自表面和洞穴鱼类种群的1,000多种基于电气的社交互动，发现了数百种专门的长途交流。

圣维森特仪器。

“当我开始研究这些鱼类时，我们可以观察到与这些鱼类独特而专门的形态有关的行为，但是在这个项目中，运用这些新的技术方法来揭示它们之间的交流有多么复杂和精致是令人着迷的，”他说。比丘埃特。

“基本上，我们的证据表明，鱼类之间通过一个秘密的隐秘通道通过电在远处互相交谈，振幅调制是通过它们的电信号求和而产生的。它与AM无线电的工作原理没有什么不同，后者依赖于无线电信号的幅度调制。” Fortune说。

录音还显示，尽管耗资高达其总能量预算的四分之一，但穴居鱼类的放电强度大约是表面鱼类的1.5倍。研究小组对这两个物种进行了CT扫描，结果表明，与它们的河豚相比，它们还具有相对较大的电器官，这可以解释它们的额外电功率来源。为了增强电感应知觉而换用他们的眼睛和表面生命的另一个结果是，穴居鱼在所有时间都更具社交性和地域性。与他们的自由觅食的表层亲戚在白天睡觉而在夜间觅食不同，穴居鱼缺乏昼夜循环。

目前，《财富》杂志将这些鱼类的AM无线电式远距离相互作用的发现记载为电穴鱼中的首例，尽管他说，现在其他一些物种也有类似现象的报道，最近，研究人员对这种现象进行了报道。观察到一组称为Apteronotus的鱼类之间的一种长距离电通讯形式的德国。《财富》杂志说，这一发现可能会对神经生物学领域产生影响，在该领域中，弱电鱼是探索包括人在内的其他动物的脑-机体连接性质的独特而强大的模型。

“电鱼是理解行为的神经基础的好系统，因此数十年来我们一直在研究它们的大脑，”《财富》杂志说。“这些新数据迫使人们重新检查用于控制这些鱼类行为的神经回路。”

参考：Eric S. Fortune，Nicole Andanar，Manu Madhav，Ravikrishnan P. Jayakumar，Noah J. Cowan，Maria Elina Bichuette和Daphne Soares撰写的“洞穴和地表栖居的电鱼的远距离相互作用”，2020年10月22日，综合前沿神经科学.DOI：
10.3389 / fnint.2020.561524