深海是魚類的家園，可以在幾乎完全黑暗的環(huán)境中探測(cè)各種波長(zhǎng)的光。與其他脊椎動(dòng)物不同，它們有幾個(gè)基因用于光敏感光色素視紫紅質(zhì)，這可能使這些魚能夠檢測(cè)來(lái)自發(fā)光器官的生物發(fā)光信號(hào)。該研究結(jié)果由巴塞爾大學(xué)進(jìn)化生物學(xué)家領(lǐng)導(dǎo)的國(guó)際研究團(tuán)隊(duì)發(fā)表在“科學(xué)”雜志上。

脊椎動(dòng)物的色覺(jué)通常通過(guò)視網(wǎng)膜中發(fā)現(xiàn)的視錐細(xì)胞中各種光色素的相互作用來(lái)實(shí)現(xiàn)。這些光色素中的每一種都對(duì)特定波長(zhǎng)的光起反應(yīng)。例如，在人類中，這些波長(zhǎng)是光譜的紅色，綠色和藍(lán)色范圍。然而，只有在白天才能實(shí)現(xiàn)色覺(jué)。在黑暗中，脊椎動(dòng)物用它們的光敏棒細(xì)胞檢測(cè)少數(shù)可用的光粒子，它們只含有一種類型的光色素視紫紅質(zhì) - 解釋了為什么幾乎所有脊椎動(dòng)物在夜間都是色盲的。

銀刺的遺傳記錄

由巴塞爾大學(xué)的Walter Salzburger教授領(lǐng)導(dǎo)的國(guó)際研究團(tuán)隊(duì)最近分析了100多種魚類基因組，包括生活在深海棲息地的魚類基因組。動(dòng)物學(xué)家發(fā)現(xiàn)，某些深海魚類已擴(kuò)大其視紫紅質(zhì)基因的全部功能。在銀刺猬(Diretmus argenteus)的情況下，除了另外兩種不同類型的視蛋白外，他們還發(fā)現(xiàn)了不少于38拷貝的視紫紅質(zhì)基因。“這使黑暗居住的銀色spinyfin成為迄今為止最多的光色素基因的脊椎動(dòng)物，”Salzburger解釋說(shuō)。

研究人員進(jìn)一步報(bào)道，深海魚的許多不同的視紫紅質(zhì)基因拷貝都適合于檢測(cè)某一波長(zhǎng)的光。他們通過(guò)計(jì)算機(jī)模擬和實(shí)驗(yàn)室中再生的視紫紅質(zhì)蛋白的功能實(shí)驗(yàn)證明了這一點(diǎn)。這些基因完全涵蓋了由深海生物的發(fā)光器官“產(chǎn)生”的光的波長(zhǎng)范圍。這被稱為生物發(fā)光，它是生物體自身或在其他生物的幫助下產(chǎn)生光的能力。例如，琵琶魚用它們的生物發(fā)光器官吸引獵物。

在黑暗中檢測(cè)信號(hào)

深海是地球上最大的棲息地，但由于其難以接近而成為探索最少的棲息地之一。許多生物已經(jīng)適應(yīng)了這個(gè)荒涼環(huán)境中幾乎完全黑暗的生活。例如，許多魚類已經(jīng)開(kāi)發(fā)出高靈敏度的望遠(yuǎn)鏡眼睛，這些望遠(yuǎn)鏡眼睛可以探測(cè)到微小的殘余光線，使其進(jìn)入海洋深處。

在脊椎動(dòng)物中，已經(jīng)在視紫紅質(zhì)的蛋白質(zhì)中鑒定了27個(gè)關(guān)鍵的光譜調(diào)節(jié)位點(diǎn)。這些站點(diǎn)直接影響檢測(cè)到哪些波長(zhǎng)。研究人員發(fā)現(xiàn)，在深海銀spinyfin的各種基因拷貝中，這些位置中有24個(gè)表現(xiàn)出突變。

“看來(lái)，深海魚類已經(jīng)多次相互獨(dú)立地開(kāi)發(fā)了這種基于多視紫紅質(zhì)的視覺(jué)，并且這特別用于檢測(cè)生物發(fā)光信號(hào)，”Salzburger說(shuō)。他補(bǔ)充說(shuō)，通過(guò)讓深海魚類更好地看到潛在的獵物或掠食者，這可能會(huì)給深海魚帶來(lái)進(jìn)化優(yōu)勢(shì)。

“在任何情況下，我們的研究結(jié)果都有助于重新定義目前脊椎動(dòng)物視覺(jué)范式的桿狀光感受器的作用，”動(dòng)物學(xué)家寫道。這是另一個(gè)分析全基因組導(dǎo)致新的生物學(xué)發(fā)現(xiàn)的例子。