一個研究小組發(fā)現了一種以前未知的視覺系統(tǒng)，這種系統(tǒng)可以讓動物在黑暗的深海中保留色覺，過去人們曾認為深海動物們是色盲。這項研究發(fā)表在2019年5月10日《Science》雜志的封面上。
馬里蘭大學的生物學教授、論文的合著者Karen Carleton說：“這是篇研究各種魚類的論文，并發(fā)現它們的視覺系統(tǒng)是多么的多樣化和多變。決定我們眼睛光譜的基因對一組變異基因比較敏感，導致視覺系統(tǒng)進化比我們預期的要快得多。”
脊椎動物的眼睛使用兩種感光細胞——視桿細胞和視錐細胞。桿狀細胞和錐狀細胞都含有被稱為視蛋白的光敏色素，視蛋白吸收特定波長的光，并將其轉化為電化學信號，大腦將其解釋為顏色。光感受器細胞中所表達的視蛋白的數量和類型決定了動物感知到的顏色。
在這項新的研究之前，人們認為視錐負責色覺，視桿負責在昏暗的環(huán)境中檢測亮度。這項新工作表明情況并非如此。通過分析101條魚的基因組，研究人員發(fā)現有些魚含有多種視紫質，這增加了它們擁有基于視紫質的顏色視覺的可能性。
錐細胞通常含有表達多種視蛋白的基因，這就是為什么它們被用于色覺。但它們不像探測單個光子用于低光視覺的桿細胞那樣敏感。在99%的脊椎動物中，桿細胞只表達一種光敏視蛋白，這意味著絕大多數脊椎動物在弱光條件下是色盲的。
大多數深海魚類的視力都遵循同樣的模式，但新研究發(fā)現了一些明顯的例外。通過分析生活在6500英尺深的淺表層水域的魚的桿狀和錐狀細胞中表達視蛋白的基因，研究人員發(fā)現13條魚含有不止一個視蛋白基因。其中四種，全部是深海魚類，含有三個以上的桿狀視蛋白基因。
引人注目的是銀色洞鰭鯛，令人驚訝的是，它有38種桿視蛋白基因。這比研究人員在其他魚類的錐細胞中發(fā)現的視蛋白還多，而且在已知的脊椎動物中發(fā)現的視蛋白數量也是多的（相比之下，人類的視覺使用四種視蛋白）。此外，在銀色洞鰭鯛身上發(fā)現的桿狀視蛋白對不同波長的光敏感。
Carleton說：“這太令人驚訝了。這意味著銀色洞鰭鯛的視覺能力與我們想象的大不相同。那么，問題是，這有什么好處？這些魚能用這些神奇的不同視蛋白做什么呢？”
Carleton認為答案可能與發(fā)現正確的獵物有關。長期以來，人們一直認為生活在深水中的動物不需要色覺，因為只有藍光能穿透600英尺深。但是，盡管沒有陽光，深海并不是沒有顏色的。許多生活在黑暗中的動物通過生物發(fā)光產生自己的光。
這項新研究發(fā)現，在有多條視紫質的魚中，它們的視紫質的特定波長被調整為與共享它們棲息地的生物發(fā)光生物發(fā)出的光譜重疊。
Carleton說：“這可能是因為它們的視覺高度適應了它們捕食的不同物種發(fā)出的不同顏色的光。”
值得注意的是，有三個以上桿視蛋白的四種魚類是不相關的物種。這表明，基于桿狀細胞的色覺可以被認為是深水色覺，它是獨立多次進化，給生存帶來一些好處。
研究人員說，他們的下一步行動是將研究范圍擴大到其他深海魚類，并尋找可能進化出大量桿視蛋白的銀色洞鰭鯛的淺水親戚。
原文來源：Vision using multiple distinct rod opsins in deep-sea fishes
（生物通：伍松）
