在蔚藍的海底世界里，珊瑚礁猶如萬花筒般展現(xiàn)著大自然的多樣與奇妙。它們色彩斑斕，形態(tài)各異，孕育了成千上萬種海洋生物。對潛水愛好者而言，這里是夢幻般的水下樂園；而對科學家而言，這里更是一座巨大的“進化實驗室”。在這片充滿奇跡的生態(tài)系統(tǒng)中，生活著一種不起眼的小生物——豆丁海馬（Hippocampus bargibanti）。它僅有米粒般大小，卻能完美隱藏在珊瑚叢中，仿佛瞬間消失。潛水攝影師們常說，能找到一條豆丁海馬，就像是在浩瀚海底尋得一顆寶石，偶然與之相遇，令人屏息驚嘆。

但真正讓科學家著迷的，并不只是這種小生靈的“隱身術”，而是它與珊瑚之間那種親密無間的共生關系——既是保護，也是挑戰(zhàn)。最近，中國科學院南海海洋研究所林強研究員團隊聯(lián)合德國康斯坦茨大學的研究人員，利用基因組學、轉(zhuǎn)錄組學以及CRISPR實驗等多種手段，揭示了豆丁海馬如何通過“舍棄”和“重塑”，適應柳珊瑚充滿毒素與危險的棲息環(huán)境。這項成果，為人類首次揭開了這種極端擬態(tài)現(xiàn)象背后的遺傳機制。

隱藏在柳珊瑚（Gorgonian corals）中的豆丁海馬（Pygmy seahorse），下方為學名（圖片來源：參考文獻1）

Part.1

微縮世界里的奇跡

海馬，是海洋中最獨特的硬骨魚類之一。它們挺立著身體，頭部彎曲如同馬首，因而得名“海馬”。與大多數(shù)魚類不同，海馬的游動姿態(tài)緩慢而優(yōu)雅，仿佛在海草間輕輕搖曳。更特別的是，海馬家族還流行“爸爸帶娃”——雄性海馬負責懷孕與育兒，這在整個動物世界都非常罕見。

而在海馬家族中，豆丁海馬稱得上是“迷你精靈”。它是世界上已知體型最小的硬骨魚之一，成年后全長僅有1至2厘米，比你的指甲蓋還?。e看它小，五臟俱全，形態(tài)也非常精致。不同于普通海馬那修長的口鼻，豆丁海馬的口部短而鈍，仿佛保留了幼體階段的“稚嫩感”。科學家把這種特征叫做“幼態(tài)持續(xù)”或“未成年化”的特征，這種形態(tài)恰好讓它與柳珊瑚花狀突起的形態(tài)高度重合。粉色的體表、瘤狀的突起，使它與珊瑚枝叢幾乎無法區(qū)分，形成了近乎完美的偽裝。

豆丁海馬區(qū)別于其他海馬的特征（圖片來源：參考文獻1）

這種神奇的偽裝能力，其實藏在它們的基因里。研究團隊發(fā)現(xiàn)，豆丁海馬的基因組中缺失了大量與體型大小和頜面骨骼發(fā)育相關的“保守非編碼區(qū)”（CNE）。這些區(qū)域雖然不直接編碼蛋白質(zhì)，但常常調(diào)控關鍵基因的表達方式。一旦這些調(diào)控片段缺失，就可能改變骨骼的生長速度和比例，從而讓豆丁海馬的頜骨發(fā)育趨向短小，造就它與珊瑚觸手高度相似的外貌。

更關鍵的是，豆丁海馬體內(nèi)一個叫hoxa2b的基因“失靈”了。這個基因在許多脊椎動物中，都與頜面發(fā)育密切相關。為了驗證它的作用，科研人員利用CRISPR基因編輯技術，在模式魚類中敲除了這個基因，結(jié)果發(fā)現(xiàn)頜面骨骼發(fā)育發(fā)生畸形。這說明，豆丁海馬的擬態(tài)形態(tài)并非單純的“縮小”，而是遺傳層面“缺失”與“突變”的結(jié)合，最終才讓它實現(xiàn)了這身完美的“隱身套裝”。

Part.2

伴隨珊瑚的生存賭注

柳珊瑚為豆丁海馬提供了絕佳的掩護和依賴。它們枝條叢生、色彩艷麗，使豆丁海馬得以隱藏在其中，免受天敵的侵襲。對于這樣一個體型微小、行動緩慢的生物來說，偽裝幾乎是唯一的生存手段。

但這份保護并非沒有代價。柳珊瑚屬于刺胞動物，它們會分泌強效的毒素，這些毒素在自然界中堪稱“致命武器”。普通魚類若與其長時間接觸，輕則中毒，重則死亡。但豆丁海馬卻能在這片危險的“毒林”里安然無恙，甚至以此為家。

研究團隊通過基因組比對發(fā)現(xiàn)，豆丁海馬的神經(jīng)傳導和離子通道相關基因發(fā)生了快速進化。換句話說，它們的神經(jīng)系統(tǒng)很可能在長期與珊瑚毒素的博弈中逐漸形成了耐受機制?？焖龠M化的基因集中在與神經(jīng)信號傳遞、離子通道調(diào)節(jié)相關的部分，這使豆丁海馬能夠在毒素環(huán)境中保持正常的神經(jīng)活動。這種能力不僅讓它們適應了柳珊瑚的毒素，還為它們提供了獨特的生存優(yōu)勢，使其能在其他生物望而卻步的環(huán)境中繁衍生息。

這是一場冒險的共生。對豆丁海馬而言，每一次與柳珊瑚的親密接觸，都像是一場生存的“賭注”：要么中毒淘汰，要么適應毒素、贏得生存。而豆丁海馬“賭”贏了——它們通過基因的改寫，換來了在致命毒林中安逸生活的能力。

棲息在海扇上的巴氏豆丁海馬（圖片來源：維基百科）

Part.3

當免疫系統(tǒng)選擇“舍棄”

在豆丁海馬的基因組里，科研人員還有一個驚人的發(fā)現(xiàn)：它們?nèi)笔Я舜罅棵庖呦嚓P基因，尤其是主要組織相容性復合體（MHC）基因。MHC在脊椎動物的免疫系統(tǒng)中舉足輕重，負責識別“自我”與“外來”，是抵御病原體的第一道防線。按理說，失去這些基因的生物應當更易感染疾病，生存幾率大幅下降。但豆丁海馬卻“反其道而行之”，在自然選擇中保留下了這種“免疫精簡”的策略。

它們是怎么存活下來的呢？這背后的奧秘在于柳珊瑚的抗菌代謝物。柳珊瑚分泌出的化學物質(zhì)具有抗菌、抗病毒甚至抗真菌的作用，等于為豆丁海馬提供了一層“外部免疫”。有了這種保護，豆丁海馬就不再需要維持復雜的免疫系統(tǒng)，于是選擇了能量成本更低的“基因舍棄”。這種現(xiàn)象恰好印證了生物學中的“黑皇后假說（Black Queen Hypothesis）”——在共生關系中，某些物種通過放棄代價高昂的功能，轉(zhuǎn)而依賴伙伴來提供服務，從而獲得更高效的生存模式。

更巧妙的是，這種免疫基因的缺失還為豆丁海馬的特殊繁殖方式—— “雄性體內(nèi)懷孕”提供了可能。雄性豆丁海馬的胚胎會植入腹腔內(nèi)發(fā)育，如果免疫系統(tǒng)過于強大，可能會把胚胎當成“外來入侵”進行攻擊。而免疫基因的缺失，恰好降低了這種排斥風險，讓雄性懷孕成為可能。可以說，豆丁海馬在與珊瑚的共生過程中，通過“借力”與“舍棄”，不僅安全住進了毒珊瑚，還順利解決了繁殖的難題。

Part.4

擬態(tài)的遺傳密碼

豆丁海馬身體上那些粉色的瘤狀突起，常常讓人誤以為是珊瑚的一部分?？茖W家發(fā)現(xiàn)，這些突起并非偶然，而是由背后活躍的基因精準調(diào)控形成的。在這些瘤狀組織中，膠原蛋白和角蛋白基因高度活躍，它們讓突起保持了柔韌與彈性，就像雕刻刀在身體表面塑造出的偽裝裝飾。同時，與色素沉積相關的基因（如mc1r、mitf）在這些組織中同樣表現(xiàn)活躍，使得豆丁海馬的體色能夠緊密貼合珊瑚的顏色。

豆丁海馬 (上) 的瘤狀突起和雜草海龍（下）的葉狀附肢，分別增強了它們對柳珊瑚和海帶的擬態(tài)能力（圖片來源：參考文獻1）

這種擬態(tài)并不僅僅是“保護色”，更更像是一種遺傳上的雕刻藝術。歷經(jīng)數(shù)百萬年的進化，豆丁海馬的身體已經(jīng)成為柳珊瑚的鏡像，外形與色彩的契合達到近乎完美。它們利用基因塑造的“偽裝”，騙過天敵的眼睛、成功隱藏了自己。對海洋生態(tài)而言，這種擬態(tài)不僅展示了個體的生存智慧，也映也反映出海洋生態(tài)系統(tǒng)中的深度互動：物種之間彼此塑造、相互博弈，共同編織出復雜而和諧的生命之網(wǎng)。

Part.5

從個體到生態(tài)的啟示

豆丁海馬的故事，不僅僅是一個物種的生存奇跡，更向我們揭示了生命適應環(huán)境的驚人策略。通過基因“刪減”與“重塑”，在充滿毒素與危險的環(huán)境中找到生存空間。從微縮體型到短吻形態(tài)，從免疫基因的舍棄到色彩的擬態(tài)，豆丁海馬用自身的進化書寫了一部與環(huán)境共生的傳奇。

然而，但這種高度專一的依賴，也讓它們的命運變得脆弱。豆丁海馬幾乎完全依賴柳珊瑚而生存，一旦珊瑚因氣候變化、海水酸化或白化而大量死亡，它們也將失去唯一的庇護所?？茖W家們指出，這種依賴讓豆丁海馬成為氣候變化的“風向標”。它們的生死存亡，折射出珊瑚礁生態(tài)系統(tǒng)的興衰，也提醒人類更加迫切地保護這一脆弱的海洋生態(tài)。

Part.6

隱身術的背后

潛水者常說，能在浩瀚的珊瑚叢中找到一只豆丁海馬，就像是收到了大海親手送出的隱藏禮物。它們安靜地依偎在珊瑚的懷抱中，仿佛與環(huán)境融為一體。這種神奇的隱身術提醒著我們：生命的智慧，并不只屬于強大的捕食者，也屬于那些懂得融入與舍棄的微小生靈。

豆丁海馬在進化中放棄了強健的免疫系統(tǒng)，放棄了長吻與龐大體型，卻因此贏得了偽裝、繁殖與共生的優(yōu)勢。它們在珊瑚之間的“隱身術”，背后是一段漫長而奇妙的進化史。

科學的意義，或許正體現(xiàn)在這里：在揭示生命奧秘的同時，更讓我們學會敬畏自然的選擇，而這份敬畏，終將提醒我們：保護好每一株珊瑚，和每一個依賴它生存的微小生命。

精妙偽裝的豆丁海馬（圖中心）（圖片來源：維基百科）

參考文獻：

【1】M. Qu, Y. Zhang, J. Woltering, Y. Liu, Z. Liu, S. Wan, H. Jiang, H. Yu, Z. Chen, X. Wang, Z. Zhang, G. Qin, R. Schneider, A. Meyer, & Q. Lin, Symbiosis with and mimicry of corals were facilitated by immune gene loss and body remodeling in the pygmy seahorse, Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 122 (35) e2423818122, https://doi.org/10.1073/pnas.2423818122 (2025).

出品：科普中國

作者：夏至

監(jiān)制：中國科普博覽

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