跳动城乡网非洲绿松石鳉鱼生活在津巴布韦和莫桑比克的淡水池塘中。为了度过每年的旱季，这种鱼的胚胎会进入极度休眠状态，即“休眠期”，持续约8个月。
现在，研究人员发现了使鳉鱼进化出这种极端生存状态的机制。他们在《细胞》杂志上报道说，尽管鳉鱼在不到1800万年前就进化出了休眠状态，但它们是通过利用起源于4.73亿多年前的古老基因来实现的。通过比较分析，研究小组发现，其他动物(包括家鼠)在休眠期间也采用了类似的特殊基因表达模式。
“整个程序就像白天和黑夜一样——有处于正常状态的生命，也有处于休眠状态的生命，而这种情况发生的方式是通过重新调整或重新连接整组基因的调控区域，”资深作者、斯坦福大学分子生物学家安妮·布鲁内特(AnneBrunet)说。
非洲绿松石鳉鱼的成熟速度比其他任何脊椎动物都要快，成年鳉鱼的寿命也只有6个月左右，即使是在圈养条件下也是如此。这种鱼在水中的家园消失之前繁殖迅速，但它们的胚胎仍留在干泥中，准备在来年雨季到来时孵化。
胚胎休眠期也发生在其他脊椎动物物种中，包括鱼类、爬行动物和一些哺乳动物，但鳉鱼的休眠期极其极端，因为它持续时间非常长(平均8个月，在实验室中可长达2年)，并且鳉鱼胚胎进入假状态的发育时间比其他动物晚得多。
“它大概处于发育的中期，到这个阶段许多器官已经形成——它们的大脑正在发育，心脏在休眠期停止跳动，然后再次开始跳动，”加州大学旧金山分校的第一作者ParamPriyaSingh说。
“据我们所知，鳉鱼是唯一一种能在发育这么晚的时候经历休眠期的脊椎动物。”
为了了解休眠期的进化，研究小组首先描述了非洲蓝青鳉(Nothobranchiuurzeri)在不同发育阶段的基因表达。他们重点研究了基因的重复副本，即所谓的“旁系同源物”，因为基因复制是新基因产生和特化的主要机制之一。
一对鳉鱼。图片来源：RogelioBarajas和XiaoaiZhao
总体而言，研究人员发现了6,247对表现出休眠期特化基因表达模式的旁系同源物。令人惊讶的是，他们估计大多数休眠期特化基因都是“非常古老的”旁系同源物，起源于4.73亿多年前。
“尽管休眠期的进化相对较晚，但专门控制休眠期的基因却非常古老，”布鲁内特说。“我们发现，大多数专门控制鳉鱼休眠期的基因都是非常古老的旁系同源基因，这意味着它们在所有脊椎动物的共同祖先中都得到了复制。”
由于休眠期也发生在一些其他种类的鳉鱼中，研究人员比较了非洲绿松石鳉鱼、也会经历休眠期的南美鳉鱼(Austrofunduluslimnaeus)和两种不经历休眠期的鳉鱼——红条鳉鱼(Aphyosemionstriatum)和琴尾鳉鱼(Aphyosemionaustral)——胚胎之间的基因表达。
他们发现，非洲绿松石鳉鱼和南美鳉鱼的基因表达模式存在显著重叠，这两种鳉鱼各自独立进化出休眠期，但这两种不休眠的鳉鱼却没有重叠。同样，研究人员还发现家鼠(Musmusculus)胚胎在休眠期的基因表达模式存在显著相关性，并表明小鼠休眠期特有的基因也有非常古老的起源。
辛格说：“这表明，实现休眠的相同机制已被远亲物种反复采用，以进化出休眠状态。”
接下来，研究人员探索了这些休眠期特化基因在鳉鱼中是如何调控的。他们确定了几种控制休眠期基因表达模式改变的关键转录因子，包括REST和FOXO3，已知这些因子在哺乳动物的冬眠(另一种形式的假)期间表达。值得注意的是，这些调控基因中有几种参与脂质代谢，而脂质代谢在休眠期具有独特的特征。
“休眠期的一个关键因素就是这种特殊的脂质代谢，”布鲁内特说。“休眠期，它们的甘油三酯和长链脂肪酸的含量似乎要高得多，这些都是储存的形式，也可能有助于长期保护生物体的膜。”
研究人员计划继续研究不同物种如何调节休眠期，并深入研究脂质代谢在休眠期和其他类型的假过程中的作用。
“这是一个非常复杂的状态，我认为我们只是触及了表面，”辛格说。“我们希望更深入地研究休眠期脂质代谢如何受到调节的具体方面，我们也对研究休眠期特定细胞类型的作用感兴趣。”
