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海豚如何放弃咀嚼来导航

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齿鲸的头部横截面显示了脑袋(深黄色)和下颌外脂肪体(浅黄色),它们是利用声音进行回声定位等的重要器官。(Takeuchi、Matsuishi、Hayakawa / Gene)
齿鲸的头部横截面显示了脑袋(深黄色)和下颌外脂肪体(浅黄色),它们是利用声音进行回声定位等的重要器官(Takeuchi、Matsuishi、Hayakawa / Gene)
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基因分析发现,齿鲸头部用于回声定位的脂肪组织是从其头骨肌肉和颌骨骨髓进化而来的。

齿鲸是鲸类动物中的一种,共有 73 种,包括海豚、鼠海豚、抹香鲸和喙鲸。它们利用声音进行交流、导航和捕猎,日本北海道大学科学家的最新研究涉及研究这种脂肪组织(称为“声学脂肪体”)中表达的基因的 DNA 序列。

科学家们测量了港湾鼠海豚的基因表达(凤凰树) 和太平洋斑纹海豚 (扁嘴海豹)。听觉脂肪体位于前额的瓜状部,颌骨旁边的下颌外脂肪体(EMFB)和颌骨内的下颌内脂肪体(IMFB)。

尽管这些组织的进化对于回声定位等声音的使用至关重要,但人们对它们的起源知之甚少。“齿鲸经历了显著的退化,并适应了它们的水生生活方式,”该大学早川实验室的博士生、这项研究的第一作者 Hayate Takeuchi 说。 

一种适应性意味着鲸鱼会部分丧失嗅觉和味觉,但随着时间的推移,这些感觉被回声定位所取代,从而使它们能够在水下有效导航。

研究人员发现,通常与肌肉功能和发育相关的基因在颊部和 EMFB 中很活跃。还有证据表明,下颌外脂肪和咬肌之间存在进化联系,咬肌在人类中将下颌骨与颧骨连接起来,是咀嚼动作的关键。

鲸鱼和海豚耳朵附近的下颌外脂肪体 (EMFB) 中,咬肌中发现的蛋白质 MYH16 的表达量非常高,表明它们之间存在进化关系。(Takeuchi、Matsuishi、Hayakawa/Gene)
耳朵附近的下颌外脂肪体 (EMFB) 表现出在咬肌中发现的蛋白质 MYH16 的非常高的表达,表明它们之间存在进化关系(Takeuchi、Matsuishi、Hayakawa/Gene)

领导这项研究的环境地球科学学院助理教授 Takashi Hayakawa 表示:“这项研究表明,EMFB 的咀嚼肌的进化权衡(听觉和摄食生态之间)对于齿鲸的水生适应至关重要。” 

“这是从咀嚼到简单吞咽食物的进化转变的一部分,这意味着不再需要咀嚼肌。”

对下颌内脂肪基因表达的分析还检测出了与免疫功能相关的基因活动。

研究中使用的样本由野生动物救援服务机构 Stranding Network Hokkaido 收集(国家卫生研究院)。“与北海道当地居民和社区的长期交流使研究人员能够对鲸鱼生物学进行各种研究,包括我们令人惊讶的发现,”SNH 主任 Takashi Fritz Matsuishi 教授说。

这些发现 刚刚发布 在杂志 基因.

也可以参考: 秘密被揭开:鲸鱼如何唱歌而不溺水, 抹香鲸:深海里的神秘巨兽, 海豚在康沃尔搁浅,BDMLR 准备就绪, 蒙蒂霍尔斯拯救搁浅海豚

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