Wie blind sind Fledermäuse? Farb-vision-gen Studie untersucht Schlüssel sensorische Kompromisse

Könnten Fledermäuse ‚ Höhlenwohnung nächtlichen Gewohnheiten über Äonen verbessert ihre Echolocation akustischen Fähigkeiten, sondern auch ihren Verlust des Sehvermögens angespornt?,

Eine neue Studie unter der Leitung von Bruno Simões, Emma Teeling und Kollegen hat diese Frage in der Evolution von Farbsehengenen in einer großen und vielfältigen Gruppe von Fledermausarten untersucht.

Sie zeigen, dass der populäre Ausdruck „blind wie eine Fledermaus“ wirklich nicht wahr ist. Einige Fledermäuse mit der am weitesten fortgeschrittenen Art der Echolokalisierung scheinen UV-Sehvermögen für ihr Gehör eingetauscht zu haben, und alle Fledermäuse, die nicht echolokieren, sondern in Höhlen leben, haben auch UV-Sehvermögen verloren. Dies deutet darauf hin, dass nicht alle Fledermäuse blind sind, aber einige haben sicherlich andere Sinne über das Sehen ausgewählt.,

„Die sensorischen Fähigkeiten von Fledermäusen sind seit langem eine Quelle der Faszination für Evolutionsbiologen“, sagte Emma Teeling, die entsprechende Autorin der Studie, die in der Advanced Online Edition der Zeitschrift Molecular Biology and Evolution erscheint. „Mithilfe der Phylogenetik und Molekularbiologie können wir nun tiefer in den evolutionären Preis des Erwerbs von Echolokation und Nachtaktivität eintauchen.“

Fledermäuse sind nicht nur die einzigen Säugetiere, die wirklich fliegen können, sondern auch die einzigen, die sich auf Echolokalisierung verlassen, um Beute im Dunkeln zu finden., Es wird seit langem von Wissenschaftlern argumentiert, dass Kompromisse zur Fledermaussicht als Ergebnis dieser einzigartigen nächtlichen sensorischen Anpassung gemacht wurden.

Um die Quellen dieser Kompromisse besser zu verstehen, führte das Forscherteam DNA-Sequenzierungen durch und analysierte die wichtigsten Sehgene in Fledermäusen, einschließlich der Opsin-Gene SWS1 (kurzwellig empfindlich, für blaues/UV-Licht) und MWS/LWS (mittel-oder langwellig empfindlich, für grünes, gelbes und rotes Licht).

Die Aufgabe eines Opsin-Gens besteht darin, die lichtempfindlichen Retina-Proteine herzustellen, die Lichtphotonen in Sichtweite verwandeln können, um bestimmte Wellenlängen zu sehen., Die Opsin-Genanalysen des Forschungsteams untersuchten den bisher größten Datensatz in Fledermäusen und repräsentierten 20 von 21 Fledermausfamilien, die hauptsächlich aufgrund ihrer unterschiedlichen Echolokationstypen und ökologischen Nischen ausgewählt wurden.

In der Studie haben die Autoren unter den 111 untersuchten Arten gezeigt, dass der Verlust der SWS1-Genfunktion bei Fledermäusen häufiger auftritt als bisher angenommen und darauf hindeutet, dass dies mit der Einführung der Höhlenbewässerung zusammenhängen könnte, die erstmals vor fast 30 Millionen Jahren verfolgt wurde., Sie fanden verschiedene Mutationen in den Fledermausgenomen, die die SWS1-Genfunktion beeinflussten, wobei ein völlig nicht funktionierendes Gen in zwei Arten gefunden wurde.

Insgesamt gibt es eine spektrale Feinabstimmung, die bei 26 der 111 untersuchten Arten zu einem vollständigen Verlust des sichtbaren kurzwelligen Lichts in den Blau/UV-Wellenlängen führte. Sie fanden heraus, dass für die Mehrheit der Alten Welt, Höhle Roosting Fledermäuse haben eine nicht-funktionale SWS1 opsin.

Es wurde jedoch festgestellt, dass die Selektion am blauempfindlichen SWS1-Opsin-Gen bei Fledermausarten signifikant variiert., Das Forscherteam fand Hinweise auf mehrere genetische Mutationen, bei denen verschiedene Fledermausarten die Funktion des SWS1-Gens verloren haben. Um diese genetischen Wurzeln zu identifizieren, verwendeten sie phylogenetische Analysen, um Genbäume basierend auf den SWS1-Ergebnissen zu bauen, und verglichen Signaturen der Selektion zwischen verschiedenen ökologischen Nischen, wie Echolocating vs. non-echolocating species und Cave Roosting vs. non-Cave Roosting.,

„Unsere Arbeit stützt frühere Hypothesen, die darauf hindeuten, dass die Pseudogenisierung des SWS1-Opsins mit der Einführung einer fortgeschrittenen Echolokalisierung (Hochleistungszyklus) und möglicherweise mit Roosting-Gewohnheiten zusammenhängen könnte“, sagte Teeling.

Wenn das SWS1-Gen vorhanden ist und funktioniert, bestätigten die Autoren, dass es Fledermäusen die Fähigkeit gibt, im UV-Licht zu sehen.

„Unsere spektrale Stimmanalyse der 11 Stellen, die für die Lichtempfindlichkeit im SWS1-Opsin-Gen sowohl bei angestammten als auch bei vorhandenen Fledermausarten verantwortlich sind, bietet weitere Unterstützung für das Vorhandensein von UV-Vision bei Fledermäusen“, sagte Teeling., „Bei geschlossenen, waldbewohnenden Säugetieren ist ein UV-empfindliches SWS1-Opsin mit einem nächtlichen Lebensstil verbunden. Darüber hinaus zeigen unsere Ergebnisse, dass dieses visuelle Pigment bei allen Fledermäusen UV-empfindlich war, seit sie zum ersten Mal von anderen Plazenta-Säugetieren über 78 MYA divergierten.“

Wichtig ist, dass die neuen Daten deutlich machen, dass der Verlust der SWS1-Genfunktion nicht immer mit dem Erwerb einer fortgeschrittenen Echolokalisierung verbunden ist, wie zuvor vorgeschlagen.,

Für die anderen visuellen Gene fanden sie heraus, dass unter den 45 untersuchten Arten das MWS/LWS-Opsin-Gen über alle Linien hinweg stark konserviert ist und unter starkem evolutionären Druck steht, seine Funktion aufrechtzuerhalten.

„Unsere spektrale Abstimmungsanalyse der 5 Aminosäurestellen, die für die λmax verantwortlich sind, ergab, dass die meisten visuellen MWS/LWS-Pigmente von bat auf eine lange Wellenlänge (~555 – 560nm) abgestimmt sind“, sagte Teeling., „Dies deutet darauf hin, dass sich das MWS/LWS-Opsin-Gen trotz des Erwerbs einer Kehlkopfecholokation und einer langen Geschichte der nächtlichen Aktivität unter sehr starken funktionellen Einschränkungen bei Fledermäusen entwickelt hat.“

“ Fledermäuse sind nicht blind, da die meisten Arten sowohl im UV-Bereich als auch im mittleren Bereich des Farbspektrums sehen können. Dies deutet darauf hin, dass das Sehen auch bei echolokierenden, nächtlichen Fledermäusen immer noch ein wichtiges Mittel der Sinneswahrnehmung ist., Der Erwerb der fortschrittlichsten Art der Echolokalisierung fällt jedoch mit dem Verlust des UV-Sehvermögens bei den meisten Fledermäusen zusammen und führt überraschenderweise zu einem Verlust des UV-Sehvermögens in den nicht echolokierenden Linien. Dies deutet darauf hin, dass sensorische Kompromisse komplexer sind als bisher angenommen und dass Fledermäuse immer noch faszinierende Themen sind, um die Entwicklung des Säugetiersensoms zu verstehen!“

Diese Studie leistet einen starken Beitrag zur laufenden wissenschaftlichen Debatte über die Bedeutung des Farbsehens für nachtaktive Tiere.