客观日本

京都大学和冈山大学证实壁虎在黑暗处也具备辨别颜色的特殊能力

2021年11月05日 生物医药

京都大学研究生院理学研究科的山下高广讲师和七田芳则名誉教授与冈山大学学术研究院医齿药学领域的小岛慧一助教等人组成的研究团队,成功地揭示了夜行性壁虎在黑暗中具有辨别颜色的特殊能力背后的原理。

脊椎动物的视网膜中存在两种视细胞,即视杆细胞和视锥细胞,分别负责暗视觉和明视觉。这两种视细胞中都含有为接收光而专门分化的蛋白质(光敏蛋白),被称为视蛋白,视杆细胞中所含的视蛋白(视杆细胞视蛋白)称为视紫质。

光敏蛋白在有光时发出反应的功能非常重要,极少数情况下,在没有光时也可能发出错误的反应(噪声)。这种在没有光时发生的噪声会干扰以高敏感度识别微弱光线的黑暗中的视觉。视紫质会通过将这种噪声反应降到极低的水平来实现黑暗中的视觉。

另一方面,在明亮的地方看东西时,强光会进入眼中,所以需要降低对光的敏感度。为此视锥细胞视蛋白会表现出较高的噪声反应,为明亮场景下的视觉提供帮助。

研究团队此次没有关注有光时发出反应的特性,而是着眼于无光时发出错误反应的特性,调查了在夜行性壁虎的视杆细胞中发挥作用的视锥细胞视蛋白的特性。研究发现,在夜行性壁虎的视杆细胞中发挥作用的视锥细胞视蛋白通过置换几个氨基酸,可以像视紫质一样将噪声反应降到低水平,从而适合黑暗中的视觉。也就是说,夜行性壁虎使原本负责明亮场景视觉的光敏蛋白的特性适应了黑暗中的视觉需求。

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以人类为首的很多脊椎动物的眼睛中都存在1种视杆细胞和多种视锥细胞,其中分别含有视紫质和视锥细胞视蛋白。夜行性壁虎的眼睛中仅存在3种视杆细胞,其中含有视锥细胞视蛋白。(供图:京都大学)

虽然日本的壁虎一般都是夜行性的,但马达加斯加等热带地区栖息着昼行性壁虎,称为残趾虎,被认为是由夜行性壁虎自主进化而来的。

昼行性壁虎的眼睛中只有3种视锥细胞,其中含有充分吸收红色、绿色和紫色光的视锥细胞视蛋白。研究团队调查了这种昼行性壁虎的视锥细胞视蛋白的特性,发现会表现出较高的噪声反应,具有适合明亮场景视觉的特性。可以说,这是昼行性壁虎在从夜行性壁虎进化的过程中,使光敏蛋白的特性重新适应了明亮场景的视觉。因此,可能是昼行性壁虎利用在明亮场景下发挥作用的3种视锥细胞,重新获得了明亮场景的色觉。

壁虎会根据生活节奏自主改变色觉能力,在活动时段通过颜色来识别周围的情况,为自己的生活中加以利用。

山下讲师表示:“自然界中有一些会在不同的光环境下改变生活模式的动物。我们希望通过澄清这些动物携带的光敏蛋白的特性,在分子水平上了解它们是如何娴熟地适应其栖息环境的。”

原文:《科学新闻》
翻译编辑:JST客观日本编辑部