北美东部地表之下隐藏着无数的淡水洞穴。这些洞穴深邃、黑暗、与地表隔绝，难以研究和测年，尤其难以通过传统的地理年代学技术确定其年代。
但生物学家们发现了一种令人惊讶的新方法来测定这些洞穴系统的形成时间。根据发表在《Molecular Biology and Evolution》杂志上的一项新研究，淡水洞穴鱼（amblyopsid cavefishes）——生活在这些地下环境中的无眼鱼——的进化为这些地质构造的起源提供了重要的见解，其形成可追溯至数百万年前。事实上，通过研究这些鱼类何时开始失去视力，生物学家们就可以确定这些洞穴系统何时首次形成。
“使用传统的、上限约为300万至500万年的地理年代学测洞技术，对北美东部古代地下生态系统的测年非常困难，”论文作者之一、耶鲁大学生态学与进化生物学系的学生Chase Brownstein在新闻稿中表示。“确定洞穴适应性鱼类谱系的年龄，可以让我们推断它们所栖息洞穴的最低年龄。”
洞穴鱼失去视力，然后失去眼睛
淡水洞穴鱼（Amblyopsid cavefishes）是生活在北美东部洞穴——包括地下湖泊、池塘、河流和溪流——低光照环境中的小型淡水鱼。与其他地下生物一样，它们经过长时间演化获得了一些适应性特征，包括缺乏颜色、缺乏视力，甚至缺乏眼睛。
为了解这些失去视力和眼睛的生物，Brownstein及其同事通过形态学和遗传学研究，着手创建淡水洞穴鱼的年代学家族树。虽然他们的形态学分析表明，淡水洞穴鱼很可能源自一个已经适应低光照地表生活的共同祖先，但他们的遗传学分析揭示了更令人着迷的东西。
通过比较与视力相关的88个基因的遗传突变，研究团队利用这些鱼类的基因组证明，不同洞穴鱼类谱系中视力的丧失涉及到不同的遗传突变组合。研究团队认为，这表明不同的洞穴鱼类谱系独立地殖民了它们自己的洞穴系统，然后在各自独特环境中生活时，独立地进化出了额外的低光照适应性——即失去视力和眼睛。
由于每个谱系似乎都在失去视力之前就已经占据了自己的洞穴系统，因此这项分析使得Brownstein及其同事能够通过识别导致其视力退化的遗传突变的年龄，来测定每个洞穴鱼类谱系所殖民的每个洞穴系统的形成时间。
“这些鱼类在白天不会开始失去它们的眼睛，”Brownstein在发布会上说。“在这种情况下，我们估计一些洞穴的最低年龄超过1100万年。”
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进化性丧失与地质学收益
为了测定鱼类视力退化背后的遗传突变，Brownstein及其同事利用洞穴鱼的基因组来衡量每个洞穴鱼类谱系获得导致视力退化的遗传突变以来经历了多少代。
这些突变在大约1130万至225万年前出现在最古老的洞穴鱼类，即奥扎克洞穴鱼（Troglichthys rosae）身上，而在其他洞穴鱼类谱系中则出现在大约870万至30万年前，其中有四个或更多淡水洞穴鱼类谱系在各自的洞穴生态系统中获得了遗传突变。
最终，这些遗传突变的年龄远大于传统地理年代学技术能够正确或一致测定的最古老洞穴系统的年龄，这表明该方法以及类似方法在测定难以测年的洞穴和洞穴系统方面的潜力。
“一个新兴的领域——地质基因组学——试图通过研究基因组数据中记录的生物多样化历史来检验地貌演化的假设，”Brownstein及其同事在他们的研究中补充道。“我们的研究结果表明，应用进化史可以解决地球科学中持续存在的问题。”
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- Molecular Biology and Evolution。 北美东部地下生态系统的淡水洞穴鱼趋同进化与年龄
