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编译者:liguiju发布时间:May 21, 2019点击量:88 来源栏目:科研动态

当穴居鱼类和某些蟋蟀的祖先进入漆黑的洞穴时,它们的视觉能力几乎完全消失。但是在阳光无法穿透的深海中穿梭的鱼类已经进化出了超视觉能力,并高度适应其他生物发出的微弱光芒。进化生物学家认识到,它们拥有这种能力是因为杆状视蛋白基因数量的异常增加。杆状视蛋白是一种视网膜蛋白,能够探测微弱的光线。这些额外的基因已经多样化,产生了能够在多种波长下捕获每一个可能光子的蛋白质。这项研究成果已经发表于《科学》(Science)杂志。

研究视觉的进化生物学家Megan Porter提到,这一发现的确颠覆了对深海视觉的认识。研究人员观察到,鱼类生活的越深,它的视觉系统就越简单,他们认为这一趋势将持续到海底。而深海生物拥有所有这些视蛋白,这意味着光与深海生物进化之间的相互作用要比预想的复杂得多。

在过去的15年里,研究人员意识到,深海中分布着微弱发光的生物,有虾、章鱼、细菌,甚至鱼类。大多数脊椎动物的眼睛几乎察觉不到这种微妙的闪光。为了了解鱼类是如何看海的,瑞士巴塞尔大学的进化生物学家Walter Salzburger带领的研究小组研究了深海鱼类的视蛋白,视蛋白氨基酸序列的变化会改变检测到的光的波长,因此多个视蛋白使色觉成为可能。其中一种视蛋白(RH1)在弱光下作用明显,它存在于眼睛的视杆细胞中,使人类能够在黑暗中看到东西,但只能看到黑白两色。

Salzburger和他的同事们在101种鱼类中寻找视蛋白基因,其中包括7种大西洋深海鱼类,他们对它们的基因组进行了完全测序。大多数鱼类和许多其他脊椎动物一样,都有一到两种RH1视蛋白,但其中有四种深海物种与众不同。这些鱼——灯笼鱼、管眼鱼和两种棘鳍鱼——都至少有5个RH1基因,而银棘鳍鱼有38个,这在脊椎动物的视觉中是前所未闻的。

研究人员可以从一种视蛋白的氨基酸序列预测其最敏感的波长。深海鱼类共有24种基因突变,这些突变改变了它们的RH1蛋白功能,每一种基因都经过微调,以看到窄频带的蓝色和绿色波长(生物发光的颜色)。丰富的视蛋白也有助于解释脊椎视网膜的解剖结构,它的一些杆状细胞比通常的要长得多,而且许多细胞是堆叠在另一个细胞之上,而不是排列在一层。放大的细胞和堆叠有助于确保更多的入射光子被检测到,但研究人员长期以来一直假设这些杆状体都具有相同的视蛋白。现在看来,就像旧胶片上的图层一样,不同大小的光柱可以捕捉到不同波长的光。

(刘思青 编译)

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