人类用眼睛看世界，而鱼却可以用皮肤“看世界”？

说起看东西，我们的第一反应就是用眼睛看。

但最近，科学家发现有一种鱼，不仅能够用眼睛看东西，而且还能用皮肤“观察”周围的环境，甚至在死后，皮肤里的感受器还在发挥作用。

用皮肤“看世界”的猪鱼

这种鱼叫做长棘毛唇隆头鱼（Lachnolaimus maximus）。

它长着一个有些像猪鼻子的长鼻子，用这个鼻子来搜寻藏在沙子中的甲壳动物，这个搜寻动作也特别像猪用鼻子拱来拱去，所以它们又被称作猪鱼（Hogfish）。

猪鱼。图片来源：wikipedia.com

猪鱼最特别的地方还不是它的鼻子，而是它们的变色能力。

猪鱼能够快速调整皮肤的颜色，使自己融入周围珊瑚礁的环境之中，或者变成鲜艳的颜色以赶走竞争者，或吸引异性。

人们熟悉的变色龙往往需要几分钟才能完成变色，而猪鱼变色的速度很快，甚至能在不到一秒钟的时间里改变皮肤的颜色，跟章鱼、乌贼之类的动物有得一拼。

能瞬间变色的章鱼。图片来源：wikipedia.com

更有意思的是，这些鱼甚至在死后依然能变色。

发现这一现象的是生物学家洛里·施韦克特。几年前，她在钓鱼时钓起了一条猪鱼，猪鱼离开水之后很快就死掉了，施韦克特把死去的猪鱼扔在了甲板上，过了一会等她打算把猪鱼放进冰箱时，她发现猪鱼的皮肤竟然变成了跟甲板一样的颜色。

这一发现让她非常惊讶。之前科学家们认为，猪鱼是通过眼睛观察周围的环境，然后再通过大脑向皮肤发出指令来改变颜色的。但猪鱼死后，眼睛和大脑的视觉系统都停止运转了，它们怎么还能变色？难道猪鱼变色可以不依赖于大脑和眼睛？

施韦克特正在捕捞长棘毛唇隆头。图片来源：《自然·通讯》

虽然人们已经知道，像章鱼、乌贼这样的软体动物，确实能够通过皮肤上的光感受器来探测周围的环境。但人们还没有在鱼类身上看到这一点。于是，施韦克特和同事开始了对猪鱼变色相关的研究。

在2018年，施韦克特和同事就发表了一篇文章，科学家们指出在猪鱼的皮肤里存在一种能够感光的蛋白——视蛋白SWS1。这种视蛋白在多种动物的视锥细胞中都存在（包括人类）。

在5年后，也就是2023年8月，施韦克特和同事们又在《自然·通讯》上发表了一篇论文，解释了猪鱼皮肤中的感光蛋白是如何帮助它们调整皮肤颜色的。

为了了解这一点，我们要先从猪鱼的变色原理说起。

生物变色的原理

猪鱼变色的原理和变色龙、章鱼、乌贼的变色原理很相似，是通过调节体内的色素细胞来实现的。

变色龙。图片来源：wikipedia.com

在最新的研究中，施韦克特和同事们在猪鱼的皮肤里检测到了红、黄、黑色素细胞，通过调节这些色素细胞的相对大小，就可以让皮肤呈现出不同类型的颜色，类似于我们用颜料调色一样。

另外，施韦克特和同事们还从光学显微镜下看到了彩虹色素细胞和白色素细胞。这两种色素细胞和红、黄、黑色的色素细胞不太一样。

彩虹色素细胞并不是真的存在许多种颜色，而是通过调节鸟嘌呤晶体的结构，让皮肤呈现绚丽的颜色。

同样的，白色素细胞也并不是真的存在白色色素，也是通过调节鸟嘌呤晶体的结构反射光线。

这些分布在皮肤中的色素细胞，是包括猪鱼在内的生物变色的基础。

猪鱼皮肤以及皮肤中的色素细胞。图片来源：参考文献[2]

而视蛋白SWS1在这个过程中，起到了从皮肤内向外“看”的作用。它通过“看”到的细微差别，对色素细胞进行微调。

在猪鱼的皮肤中，SWS1视蛋白存在于色素细胞下方，因此，不同色素细胞的大小，会影响抵达视蛋白的光线。

通过接收到的光线差异，SWS1就可以微调色素细胞，让皮肤呈现更接近周围环境的颜色。

结语

之前人们已经知道动物皮肤中蕴含的视蛋白，但却一直没有研究这些视蛋白是如何帮助动物实现变色功能的。

事实上，生物皮肤中视蛋白“看东西”的机制和“眼睛-大脑”这套视觉机制并不相同，它能更简单快速地判断皮肤和环境颜色的差异。

通过对生物变色原理的了解，人们在不久的将来可能有望制造出基于这种原理的视觉传感器，让包括自动驾驶汽车在内的人工智能更简单、快速地“看见”世界。

参考文献

[1]Schweikert, L.E., Fitak, R.R. & Johnsen, S. De novo transcriptomics reveal distinct phototransduction signaling components in the retina and skin of a color-changing vertebrate, the hogfish (Lachnolaimus maximus). J Comp Physiol A 204, 475–485 (2018).

[2]Schweikert, L.E., Bagge, L.E., Naughton, L.F. et al. Dynamic light filtering over dermal opsin as a sensory feedback system in fish color change. Nat Commun 14, 4642 (2023).

策划制作

作者丨田达玮 科普作者

监制丨中国科普博览

责编丨金禹奋（实习生）