齿鲸用回声定位来取代咀嚼能力

海豚和其他齿鲸（或齿鲸纲）用头部发出声音，帮助它们在浑浊的海洋世界中交流、导航和捕猎。这些有时像鱼饵一样的声音揭示了有关浑浊海洋世界的信息，这些信息对于它们的生存至关重要。一些新的基因分析表明，齿鲸能够进行回声定位的脂肪组织可能从它们的头骨肌肉和骨髓进化而来，从而改变了这些动物进食和感知周围世界的方式。这项研究发表在 2024 年 4 月出版的《基因》杂志上。

齿鲸包括多种海豚物种以及虎鲸、抹香鲸、白鲸和独角鲸。回声定位由其头部内称为脑袋的球状脂肪组织产生。

海豚和齿鲸的颌骨旁边有一组能发出声音的下颌外脂肪体 (EMFB)。另一组称为下颌内脂肪体 (IMFB) 的发声脂肪沉积物位于颌骨内。颊部、下颌外脂肪体和下颌内脂肪体的进化对于这些海洋哺乳动物的回声定位发展至关重要。然而，人们对这些脂肪组织本身的遗传起源知之甚少。

这项研究的共同作者、日本北海道大学博士生 Hayate Takeuchi 在一份声明中表示：“齿鲸已经经历了显著的退化，并适应了它们的水生生活方式。”

这些适应性之一就是部分丧失嗅觉和味觉，同时获得回声定位能力。为了在基因层面上更深入地研究这一适应性以及其他适应性，北海道大学的团队研究了这些听觉脂肪体中表达的基因的 DNA 序列。他们测量了港湾鼠海豚 ( Phocoena phocoena ) 和太平洋白海豚 ( Lagenorhynchus obliquidens ) 的基因表达。

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他们发现，通常与肌肉功能和发育相关的基因在下颌骨外侧的颊部和 EMFB 中很活跃。还有证据表明这种脂肪和一种称为咬肌的肌肉之间存在进化联系。在人类中，咬肌将下颌骨与颧骨连接起来，是咀嚼时使用的关键肌肉之一。

“这项研究表明，咀嚼肌和 EMFB 在听觉和摄食生态之间的进化权衡对于齿鲸的水生适应至关重要，”研究合著者、基因组科学家和进化生物学家 Takashi Hayakawa 在一份声明中表示。“这是从咀嚼到简单吞咽食物的进化转变的一部分，这意味着咀嚼肌不再需要。”

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当研究小组分析颌骨内部的下颌脂肪中的基因表达时，他们发现了一些与免疫反应和调节一组抗感染的白细胞（称为 T 细胞）相关的活性基因。研究小组认为，这是由于其靠近骨髓（有助于产生 T 细胞），并且需要进一步研究。

研究团队还称赞北海道搁浅网络是这项研究的另一个重要方面，因为这项研究中使用的样本是由他们收集的。该组织在北海道的海滨和河口收集了搁浅鲸鱼的样本。对搁浅的海洋哺乳动物进行尸检对于取样和研究至关重要，可以进一步了解搁浅和死亡的潜在原因，以及解剖学、生理学和进化。