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作者:丁典 来源:明升官网明升体育app报 发布时间:2021/5/11 19:15:39
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“活化石”软体动物基因组揭示眼睛进化密码

 

眼睛是我们接收外界信息的一个重要器官,通过眼睛我们才能看到这个多样的世界。但人类的视觉和其他物种有着很大的差别,更有一些物种眼睛的结构和色彩感知能力远不如人类,虽然其近亲进化出了复杂的眼睛,那些眼睛只有简单结构的“古老”物种,是如何保持其原始眼睛特征的?

5月11日,《自然-生态与进化》杂志发表了明升官网明升体育app院南海海洋研究所研究员喻子牛团队的一项最新研究成果,论文中突破性地解开了“活化石”软体动物鹦鹉螺独一无二的“针孔眼”的基因密码。

鹦鹉螺这种目前稀有的软体动物在地球上生存已经有5亿多年了,甚至早于恐龙;而且,它在漫长的演化历程中变化很少、依然保留了很多祖先的古老特征,如螺旋外壳和针孔眼等,被称为海洋动物中的“活化石”。因此在生物学进化中有很高的研究价值,颇受科研界关注。论文通讯作者喻子牛告诉《明升官网明升体育app报》,鹦鹉螺的眼睛缺乏晶状体,利用小孔成像调节视力,在进化中属于比较初级的“针孔眼”,它的许多近亲物种(如章鱼、乌贼等)却都和人类相似,属于具有晶状体的“相机眼”,然而鹦鹉螺眼睛是如何进化出来的,尚未有相关的研究结论。

喻子牛介绍,研究团队在国际上首次完成了鹦鹉螺基因组测序,通过比较基因组学和反向验证法分析表明,鹦鹉螺基因组中不但缺失了晶状体发育的关键转录因子NRL/Maf,同时还缺少了构成了晶状体主要蛋白S-crystallin基因,导致晶状体无法发育,因此共同促进了鹦鹉螺针孔眼的形成。另外,鹦鹉螺基因组仅保留最简单的光信号传导通路和唯一的感光分子r-opsin,还无法识别颜色,是一个彻彻底底的“色盲”。在眼睛中,11-顺式视黄醛可以通过视黄醛异构酶来产生,它和opsin分子共同决定了对光的敏感度。在章鱼、乌贼等头足动物中,11-顺式视黄醛是通过视网膜色素Retinochrome产生的,而在人类等高等动物,则是通过RPE65催化完成的。鹦鹉螺则具有Retinochrome和RPE65双重视黄醛异构循环系统,且RPE65这个基因在它的基因组中还出现了特异性扩张,表明这可能与通过11-顺式视黄醛大量生成来提高其感光能力,从而适应昼伏夜出的生活习性。

该研究丰富了软体动物进化的基础理论研究,更是为鹦鹉螺这一独特物种具有“针孔眼”古老特性形态找到了原因。“达尔文曾说,眼睛的进化是一个不可解释的‘困惑’,其中包含了很多的奥秘,我们希望能一步步揭开这种奥秘,解开一个个关于眼睛进化的遗传密码”,喻子牛说。

由于外壳具有规律美丽的螺旋形态,鹦鹉螺具有良好的观赏性和装饰性,这一商业价值也造成了一定程度上的非法捕捞。喻子牛指出,鹦鹉螺类现存物种数量不多(6种),种群资源数量极为稀少,目前也无法进行人工繁育,他呼吁公众提高保护意识。

相关论文信息:http://doi.org/10.1038/s41559-021-01448-6

 
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