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蝙蝠有多盲 色觉基因研究检查关键的感官权衡

蝙蝠洞穴居住的夜间习惯可以增强他们的回声定位声学能力,但也会刺激他们失去视力吗?

由BrunoSimões,Emma Teeling及其同事领导的一项新研究,在一个大型不同种类的蝙蝠物种的色觉视觉基因的演变中研究了这个问题。

他们表明,“像蝙蝠一样盲目”的流行表达确实不成立。一些具有最先进回声定位类型的蝙蝠似乎已经交换了紫外视觉以获得精致的听觉,并且所有没有回声定位但生活在洞穴中的蝙蝠也失去了紫外线视觉。这表明并非所有蝙蝠都是盲目的,但有些蝙蝠肯定选择了其他感官而不是视力。

“蝙蝠的感官能力长期以来一直是进化生物学家着迷的源泉,”该研究的对应作者艾玛·泰林说,该研究出现在“分子生物学和进化”杂志的高级在线版中。“利用系统发育学和分子生物学,我们现在能够更深入地研究获得回声定位和夜间活动的进化价格。”

蝙蝠不仅是唯一可以真正飞行的哺乳动物,也是唯一依靠回声定位在黑暗中寻找猎物的人。科学家长期以来一直认为,由于获得了这种独特的夜间感觉适应性,因此对蝙蝠视觉进行了权衡。

为了更好地理解这些权衡的来源,研究小组进行了DNA测序并分析了蝙蝠中的关键视觉基因,包括SWS1(短波长敏感,蓝光/紫外光)和MWS / LWS(中波长或长波敏感,适用于绿色,黄色和红色光)视蛋白基因。

一个视蛋白基因的工作是制造光敏视网膜蛋白,它可以将光子变成视线,看到特定的波长。该研究小组的视蛋白基因分析调查了迄今为止最大的蝙蝠数据集,代表了21个现有家庭中的20个,这些家庭主要选择其多样化的回声定位类型和生态位。

在这项研究中,作者已经证明,在所检查的111种物种中,SWS1基因功能的丧失在蝙蝠中比以前认为的更常见,并表明这可能与洞穴栖息的采用有关,这可能追溯到近3000万年前。他们在蝙蝠基因组中发现了影响SWS1基因功能的各种突变,在两个物种中发现了完全无功能的基因。

总体而言,在所检查的111种物种中,有26种物质在蓝光/紫外波长下完全失去短波长可见光,因此发生光谱微调。他们发现,对于大多数旧世界,洞穴栖息蝙蝠都有一个无功能的SWS1视蛋白。

然而,发现对蓝色敏感的SWS1视蛋白基因的选择在蝙蝠物种之间存在显着差异。研究小组发现了多种基因突变的证据,其中不同的蝙蝠物种失去了SWS1基因的功能。为了识别这些遗传根,他们使用系统发育分析基于SWS1结果构建基因树,并比较不同生态位之间的选择特征,例如回声定位与非回声定位物种和洞穴栖息与非洞穴栖息。

“我们的工作支持以前的假设,这些假设表明SWS1视蛋白的假性化[或丢失]可能与采用先进的回声定位(高占空比)和洞穴栖息习惯有关,”Teeling说。

当SWS1基因存在并起作用时,作者证实它使蝙蝠能够在紫外线下观察。

“我们对祖先和现存蝙蝠物种中SWS1视蛋白基因的光敏感性的11个位点的光谱调整分析,为蝙蝠中紫外线视觉的存在提供了进一步的支持,”Teeling说。“在封闭的树冠,森林栖息的哺乳动物中,紫外线敏感的SWS1视蛋白与夜间生活方式有关。此外,我们的结果表明,这种视觉色素在所有蝙蝠中都是紫外线敏感的,因为它们首先与其他胎盘哺乳动物分开约78 MYA。 “

重要的是,新数据清楚地表明,SWS1基因功能的丧失并不总是与先前回声定位的获得有关,正如之前所建议的那样。

对于其他视觉基因,他们发现在所检查的45个物种中,MWS / LWS视蛋白基因在谱系中高度保守,并且在强大的进化压力下维持其功能。

“我们对负责αmax的5个氨基酸位点的光谱调谐分析显示,大多数蝙蝠MWS / LWS视觉色素都被调谐到长波长(~555-560nm),”Teeling说。“这表明,尽管获得了喉部回声定位和长期的夜间活动,MWS / LWS视蛋白基因在蝙蝠的强大功能限制下进化。”

“蝙蝠不是盲目的,大多数物种能够在紫外线和中间范围的色谱中看到。这表明,即使在回声定位,夜间蝙蝠中,视觉仍然是感官知觉的重要手段。但是,获得最先进的蝙蝠。回声定位的类型确实与大多数蝙蝠的紫外线视觉丧失相吻合,令人惊讶的是洞穴栖息会驱使非回声定位谱系中的紫外线视觉丧失。这表明感觉权衡更加复杂,以前认为并且蝙蝠仍然会使迷人的受试者了解哺乳动物感官的演变!“

这项研究为正在进行的关于夜间动物色觉重要性的科学辩论做出了巨大贡献。

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