鲨鱼和鳐鱼的视觉成为焦点

时间:2020-01-15 20:30 来源:seo 作者:杏鑫 点击量:

鲨鱼和鳐鱼的视觉成为焦点

视觉对大多数动物来说是一种至关重要的感官,脊椎动物已经进化出一组适应性很强的视蛋白基因,它们能产生感光色素来解码视网膜图像。这些视蛋白包括在弱光下帮助观察的视杆蛋白,以及在强光下观察和在可见光谱中检测颜色的四类视锥蛋白。

在整个进化过程中,这些视蛋白在许多物种中被改变、丢失或复制,以提供独特的适应性,适应陆地、空中和水下的视觉。例如,大多数鸟类保留了第一批有颌鱼类中存在的一根视蛋白基因和四根视蛋白基因的全部,因此它们是四色视锥细胞。相比之下,大多数胎盘哺乳动物失去了对蓝色和绿色敏感的视锥蛋白,而只保留了对紫色和红色敏感的视锥蛋白(除了RH1视锥蛋白),使它们成为视锥二色视。一些灵长类随后复制LWS视锥蛋白来产生第三种视锥色素,并发展出人类熟悉的三色视觉。

先前的研究表明,在向海洋过渡的过程中,大多数海洋哺乳动物也失去了SWS1视蛋白基因类,变成了视锥细胞的单色体,它们的视觉由LWS视蛋白介导。其结果是海豹、海豚和鲸鱼不存在(或极少)色觉。人们发现,深海鲸后来失去了所有的视锥纲,只保留了视杆色素,这可能会对它们的视觉敏感度产生巨大影响。

到目前为止,人们对软骨鱼类,特别是鲨鱼和它们的近亲——鳐的视觉进化知之甚少。

通讯作者Nathan Hart说:“我们已经鉴定了5种鲨鱼和4种鲨鱼视网膜色素的分子特征,重点是已知或可能拥有锥体光感受器的浅居物种,以及那些填补了特定系统发育空白的物种。”

在他的团队的新研究中,他们发现所有的软骨鱼类,与海洋哺乳动物相似,都失去了SWS1和SWS2视蛋白基因。鲨鱼和鳐鱼确实同时含有视杆感受器和视锥感受器;然而鳐鱼有两个视蛋白基因,而鲨鱼只有一个视蛋白基因。因此,人们发现鲨鱼已经失去了看颜色的能力。

哈特说:“此外,我们还测量了9种鳐和2种鲨鱼表达的视色素的光谱特征。”“我们现在可以确认,迄今为止研究的所有鲨鱼物种似乎都是单锥视蛋白,但报告称,在不同物种中,单锥视蛋白可能属于LWS或RH2类视蛋白。”

鲨鱼和鳐鱼的视觉成为焦点

“一般来说,颜色辨别可能对诸如发现猎物、躲避捕食者和选择配偶等行为有用。考虑到许多种类的ray花费相当多的时间停留在或部分埋藏在基质上,色觉可以通过增强视觉对比度或消除消色差闪烁来帮助探测接近的头顶捕食者。

哈特认为,海洋环境和狩猎过程中光线条件的变化可能导致了许多独特的视蛋白对鲨鱼的适应。

“由于水本身和任何溶解或悬浮物质的吸收、反射和散射,大多数水生生境的特点是视觉对比度低。此外,许多鲨鱼日夜都很活跃,因此必须在大范围的光照强度下活动。因此,很可能鲨鱼经常在接近其视觉能力阈值的地方活动,而色觉回路的缺点可能对生存不利。”

这项研究提供了迄今为止最详细的关于板鳃亚纲(包括鳐和鲨鱼)视网膜中所表达的视蛋白多样性的图片。

“我们的发现也有助于理解脊椎动物基于锥的彩色视觉的进化。一般来说,在一些主要和次要的水生分类单元中,这种单色性的恢复对许多大型海洋食肉动物来说是没有价值的。

哈特的团队还追踪了鲨鱼和鳐的视蛋白基因在进化时间上的差异,并将这些时间线放在脊椎动物视觉进化的大背景下。

在脊椎动物(SWS1, SWS2, RH1, RH2和LWS)中存在的5个主要的视觉视蛋白基因在agnathan七鳃鳗与gnathostomes 540 Ma的分化之前就已经进化了。

“在从硬骨鱼类中分离出460 Ma之后,以及在holocephalan(嵌合体)和elasmobranchs(鲨鱼、冰鞋和鳐)分化之前,SWS1和SWS2视蛋白基因似乎从这个谱系中消失了420 Ma。因此,似乎只有RH1、RH2和LWS视蛋白基因保留在祖先的软骨鱼(软骨鱼类)中,随后在霍肖法兰谱系中进行了基因复制,从而在大象鲨鱼Callorhinchus milii中产生了两个LWS视蛋白基因副本。”

这项研究最近发表在《分子生物学与进化》的高级在线版上。

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