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图为实验室里的刘杰教授。

洞穴蜘蛛生物钟调控通路图。

本报讯 我校资源环境学院刘杰教授团队于2025年2月12日在《Science Advances》上以研究论文形式（Research Article）发表了题为“Blue light restores functional circadian clocks in eyeless cave spiders”（Highlight Article）的文章。该研究以洞穴小弱蛛属（Leptonetela）蜘蛛为研究对象，揭示了无眼洞穴蜘蛛如何在恒黑的极端生境中调控其生物钟。研究发现，虽然长期生活在无光环境中的洞穴蜘蛛已经失去了视觉器官，但它们仍然保留了完整的昼夜节律反馈通路，和感知蓝光的能力，并且可以通过蓝光诱导恢复其昼夜节律。这一发现挑战了以往认为洞穴生物会完全丧失生物钟的假设，为理解洞穴生物昼夜节律的洞穴适应性演化提供了新的视角。

该研究以贵州省洞穴小弱蛛属（Leptonetela）蜘蛛为研究对象，该属蜘蛛主要栖息于洞穴入口昏暗区域（具备完整的眼睛，简称“洞口种”）或洞穴深处的恒黑区域（眼睛高度退化或完全消失，简称“洞内种”）。研究团队通过野外原地行为检测、分子生物学分析及实验室光照控制实验，探讨了光信号对洞穴小弱蛛昼夜节律行为的影响。

研究人员在野外调查中发现，在自然生境中，两种洞内种的抱团行为（Huddleresponse）表现出持续的高活动水平，无显著昼夜节律。而其近缘的洞口种则保持典型的昼夜活动周期；核心生物钟基因（per、tim和cry）在洞内种中表现为持续低表达，而在具有眼睛的洞口种中则呈现明显的昼夜波动。

此外，在实验室条件下，研究人员使用周期性单色蓝光（450nm）诱导无眼的洞内种后，其昼夜节律行为得以恢复，核心生物钟基因的表达节律性也被重新激活。

为了进一步验证蓝光对洞穴蜘蛛昼夜节律的影响，研究团队在实验室中利用光屏蔽实验，发现如果阻断蓝光，原本具有明显昼夜节律的洞口种也会丧失节律行为，变得持续活跃，表现出类似洞内种的“洞穴表型”，其生物钟核心基因的周期性表达也会消失。

研究结果表明，尽管洞穴蜘蛛在长期黑暗环境中丧失了视觉器官，但其生物钟调控网络仍然保留，且能够被光信号重新激活。这表明，洞穴蜘蛛昼夜节律系统可能并未在进化过程中丢失，而是因授时因子（光信号）的缺失进入了“沉默”状态。本研究提出了“沉默表型”（SilentPhenotype）新假说，即某些生理或行为特征可能因外界环境变化而暂时沉默，但并未真正丧失。研究团队认为，洞穴蜘蛛的生物钟系统可能仍然在维持某些生理功能，即使其昼夜节律在黑暗环境下未被表达。此外，研究结果还表明，蓝光可能在昼夜节律的进化和适应中扮演着重要的角色，特别是在极端生境中。这一发现对生物钟进化理论具有重要意义，并为探索其他极端环境生物（如深海生物、极地生物等）的昼夜节律调控机制提供了新的视角。研究人员推测，类似的昼夜节律调控系统可能广泛存在于其他长期生活在黑暗环境中的物种中，但尚未被广泛研究。该研究为刘杰教授团队在《ScienceAdvances》杂志发表的第二篇关于洞穴蜘蛛方面的论文。

该团队2023年的研究发现：无眼洞穴蜘蛛仍然保留了感光功能，并利用光信号来规避洞外致命的干燥生境。这两项研究不仅为洞穴生物的洞穴适应性演化提供了新证据，也为理解光信号在不同生物系统中的作用提供了重要启示。未来，团队计划进一步探讨其他洞穴动物是否也存在类似的隐性昼夜节律调控机制，并探索蓝光在调节生物节律中的潜在应用价值。

我校资源环境学院博士生王金辉、生命科学学院硕士生常健、讲师汪凯博士为该论文的共同第一作者，我校彭宇教授、陈建教授、李代芹教授、刘志华教授、朱洋博士、梁兵硕士（已毕业）、北京大学梁希同教授和冰岛大学IngiAgnarsson教授为论文合作者，刘杰教授为论文唯一通讯作者，我校为第一单位。

（学院供稿）