近日，中国科学院南海海洋研究所林强研究员团队在海龙科鱼类对珊瑚共栖的适应进化机制取得突破性进展，相关研究成果以“Symbiosis with and mimicry of corals were facilitated by immune gene loss and body remodeling in the pygmy seahorse”为题发表于国际著名综合性期刊PNAS，并入选封面论文和同期亮点推荐（Article Highlights：Extreme mimicry ties pygmy seahorses to symbiotic corals）。同时，The New York Times（纽约时报）发表了题为“How the Pygmy Seahorse Lost Its Snout”的长篇评述文章，系统介绍了该工作的创新价值和意义。中国科学院南海海洋研究所副研究员曲朦和博士后张颖懿为本文的共同第一作者，研究员林强和教授Axel Meyer为共同通讯作者。
图1 豆丁海马对宿主柳珊瑚的拟态表型（图引自《纽约时报》，https://www.nytimes.com/2025/08/25/science/evolution-genetics-seahorses.html）
海洋生命的起源与多样性演化是当前海洋科学基础研究领域的核心。在广阔的海洋中，珊瑚礁生态系统蕴含着极高的生物多样性，也驱动了诸多海洋新生命的出现。在漫长的演化历程中，珊瑚礁物种展现出多彩斑斓的体色，同时伴随了个体小型化的规律，进而更好地适应复杂的珊瑚礁环境。海龙科物种是典型的小型硬骨鱼类，主要栖息于珊瑚礁和海草床等生态系统。研究团队前期工作已明确了海龙科物种适应性进化过程中诸多复杂性状的进化与遗传调控机制（Qu et al.,Science Advances,2021;Liu et al.,Nature Communications,2022）。然而，近期调查发现部分海龙科物种因栖息珊瑚而发生了完美的拟态行为，以提高其生存机会，这种对珊瑚礁生态系统的特异性适应机理目前尚缺乏相关研究。
豆丁海马（Hippocampus bargibanti）是已知体型最小的硬骨鱼类之一，成体全长仅有1-2厘米，其终生专性栖息在柳珊瑚（Muricella spp.）上生存。与其它海马相比，豆丁海马没有育儿袋结构，胚胎植入雄鱼体内发育，进化出一类“雄性体内怀孕”模式。为了更好融入宿主柳珊瑚环境，豆丁海马呈现出惊人的拟态特征：全身覆盖类似柳珊瑚的瘤状结节，“长吻”退化，使其与柳珊瑚在视觉上几乎“融为一体”（图1）。众所周知，柳珊瑚分泌的毒素属于自然界中最致命的天然毒素之一，这给豆丁海马与柳珊瑚的零距离接触也带来了严峻挑战；而两者之间这种独特的附生关系如何形成，或者柳珊瑚驱动豆丁海马体型演化的调控机制一直被学界所特别关注。
为了解开这些谜题，研究团队对豆丁海马展开了多组学和生物实验解析，发现豆丁海马基因组中丢失了大量与体型大小和颌面骨骼发育相关的保守非编码区（CNE），结合RNA-seq、ATAC-seq等数据的比较研究，发现这些丢失的CNE可通过调控相关基因的表达模式，而影响颌面骨骼的生长发育过程。特别有趣的是 hoxa2b 基因发生了假基因化（即失去功能），据此，基于CRISPR基因编辑实验，进一步证实了敲除 hoxa2b 基因会导致鱼类颌面骨骼发育畸形。由此，我们认为CNE丢失和关键基因（如 hoxa2b）的功能突变，是驱动豆丁海马体型极度小型化和短吻表型的关键遗传因素。据此，本研究首次提出珊瑚能驱动其共栖物种小型化的新观点（图2）。
图2 豆丁海马CNE丢失与hoxa2b基因的功能突变是驱动体型小型化和短吻表型的关键调控因素
豆丁海马栖息于柳珊瑚过程中，珊瑚分泌物对其生存是一把“双刃剑”。一方面，豆丁海马的神经传导和离子通道相关基因发生了显著的快速进化，这表明它们可能衍生出对珊瑚毒素更强的耐受或抵抗能力；另一方面，豆丁海马能够利用宿主珊瑚分泌物的免疫保护功能来抵御外源病原体，这可能与豆丁海马大量丢失其免疫相关基因有协同演化关系。由此推断，这种“免疫精简”策略不仅可降低其能量消耗，更有助于其“雄性体内怀孕”模式的形成，有效避免了在胚胎着床过程中的免疫排斥反应（图3）。这种高度依赖宿主，并通过主动“精简”自身基因组来获取生存优势的过程，恰好符合了生物学中“黑皇后假说”（Black Queen Hypothesis）的典型例证——舍弃某些“昂贵”的功能，依赖“伙伴”提供。
图3 豆丁海马对柳珊瑚适应的进化与遗传调控机制
然而，在长期的演化过程中，珊瑚礁物种的适应辐射也可能带来潜在的生存风险，毕竟豆丁海马对柳珊瑚的依赖性已不可逆转。这意味着，未来全球气候变化和人类活动一旦威胁到其特定的珊瑚礁生态系统，将直接对豆丁海马等物种构成严峻的生存挑战。
本工作一经发表即受到国际学界的高度关注。巴塞罗那大学著名遗传学家Cristian Cañestro指出：“在生命的演化中，基因丢失现象十分普遍。但这项出色的研究提供了一个清晰的例证，说明基因丢失有时反而能带来益处，从而促成进化上的创新和适应性变化”。海洋生物学家Richard Smith表示：“这项研究揭示了一种残酷的现象。这些海马之所以能够成功繁衍，正是得益于它们具备的一些特征，如完美的伪装能力、小巧的体型以及独特的生理结构，但如今这些特征恰恰成了它们应对环境变化最大的弱点”。
上述研究工作由国家自然科学基金、国家重点研发计划等项目共同资助完成。
相关论文信息：Qu M#,Zhang YY#,Woltering J,Liu YL,Liu ZX,Wan SM,Jiang H,Yu HY,Chen ZL,Wang X,Zhang ZX,Qin G,Schneider R,Meyer A*,Lin Q*. Symbiosis with and mimicry of corals were facilitated by immune gene loss and body remodeling in the pygmy seahorse,PNAS,2025,122 (35):e2423818122.
原文链接：https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2423818122
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