Jak ślepe są nietoperze? Badanie genów widzenia kolorów bada kluczowe zmiany sensoryczne

czy nocne nawyki nietoperzy zamieszkujących jaskinie przez eony zwiększyły ich zdolności akustyczne echolokacji, ale także spowodowały utratę wzroku?,

nowe badanie prowadzone przez Bruno Simõesa, Emmę Teeling i współpracowników zbadało to pytanie w ewolucji genów widzenia kolorów w dużej i zróżnicowanej grupie gatunków nietoperzy.

pokazują, że popularne wyrażenie bycia „ślepym jak nietoperz” naprawdę nie jest prawdziwe. Niektóre nietoperze, które mają najbardziej zaawansowany typ echolokacji, wydają się wymieniać widzenie UV na znakomity słuch, a wszystkie nietoperze, które nie echolokują, ale żyją w jaskiniach, również straciły widzenie UV. Sugeruje to, że nie wszystkie nietoperze są ślepe, ale niektóre z pewnością wybrały inne zmysły nad wzrokiem.,

„zdolności sensoryczne nietoperzy od dawna są źródłem fascynacji dla biologów ewolucyjnych”, powiedziała Emma Teeling, autorka opracowania, które pojawia się w zaawansowanym wydaniu internetowym czasopisma Molecular Biology and Evolution. „Korzystając z filogenetyki i biologii molekularnej jesteśmy teraz w stanie głębiej zagłębić się w ewolucyjną cenę nabycia echolokacji i nokturnalności.”

nietoperze są nie tylko jedynymi ssakami, które potrafią naprawdę latać, ale także jedynymi, które polegają na echolokacji, aby znaleźć zdobycz w ciemności., Naukowcy od dawna twierdzą, że w wyniku tej wyjątkowej nocnej adaptacji sensorycznej doszło do kompromisu w kierunku widzenia nietoperzy.

aby lepiej zrozumieć źródła tych kompromisów, zespół badawczy przeprowadził sekwencjonowanie DNA i przeanalizował kluczowe geny widzenia u nietoperzy, w tym geny SWS1 (short wavelength sensitive, dla światła niebieskiego/UV) i MWS / LWS (medium lub long wavelength sensitive, dla światła zielonego, żółtego i czerwonego) opsin.

zadaniem genu opsin jest wytwarzanie światłoczułych białek siatkówki, które mogą zamieniać fotony światła w wzrok, aby zobaczyć określone długości fal., Analiza genów opsin przeprowadzona przez zespół badawczy zbadała największy dotychczas zbiór danych na temat nietoperzy, reprezentujących 20 z 21 istniejących rodzin nietoperzy, które zostały wybrane przede wszystkim ze względu na ich różnorodne typy echolokacji i nisze ekologiczne.

w badaniu, autorzy wykazali, wśród 111 zbadanych gatunków, utrata funkcji genu SWS1 jest bardziej powszechne u nietoperzy niż wcześniej sądzono i sugeruje, że może to być związane z przyjęciem noclegów jaskiniowych po raz pierwszy prześledzić się do prawie 30 milionów lat temu., Odkryli różne mutacje w genomach nietoperzy, które wpływały na funkcję genu SWS1, z całkowicie niefunkcjonalnym genem znalezionym u dwóch gatunków.

Ogólnie rzecz biorąc, istnieje widmowe dostrojenie, które stało się z ich widzeniem, aby całkowicie stracić światło widzialne o krótkiej długości fali w długości fali niebieskiej/UV w 26 ze 111 badanych gatunków. Okazało się, że u większości staropaleozoicznych nietoperzy nocujących w jaskiniach występują niefunkcjonalne OPSYNY SWS1.

selekcja wrażliwego na błękit genu SWS1 opsin okazała się jednak znacznie zróżnicowana wśród gatunków nietoperzy., Zespół badawczy znalazł dowody na istnienie wielu mutacji genetycznych, w których różne gatunki nietoperzy utraciły funkcję genu SWS1. Aby zidentyfikować te korzenie genetyczne, wykorzystali analizy filogenetyczne do budowy drzew genowych w oparciu o wyniki SWS1 i porównali sygnatury selekcji między różnymi niszami ekologicznymi, takimi jak echolokacja vs.gatunki nie-echolokujące i noclegowanie w jaskiniach vs. noclegowanie w jaskiniach.,

„nasza praca wspiera wcześniejsze hipotezy, które sugerują, że pseudogenizacja OPSIN SWS1 może być związana z przyjmowaniem zaawansowanej echolokacji (cykl wysokiego obciążenia) i, co za tym idzie, z przyzwyczajeniami”-powiedział Teeling.

gdy gen SWS1 jest obecny i działa, autorzy potwierdzili, że daje on nietoperzom możliwość widzenia w świetle UV.

„nasza spektralna analiza dostrojenia 11 miejsc odpowiedzialnych za wrażliwość na światło w genie OPSINY SWS1 zarówno u przodków, jak i istniejących gatunków nietoperzy, zapewnia dalsze wsparcie dla obecności widzenia UV u nietoperzy”, powiedział Teeling., „U ssaków zamieszkujących lasy, wrażliwa na promieniowanie UV OPSINA SWS1 jest związana z nocnym trybem życia. Ponadto, nasze wyniki pokazują, że ten pigment wizualny był wrażliwy na promieniowanie UV u wszystkich nietoperzy, ponieważ po raz pierwszy oddzieliły się od innych ssaków łożyskowych około 78 MYA.”

,

dla innych genów wizualnych, odkryli, że wśród 45 badanych gatunków, Gen OPSINY MWS/LWS jest wysoce zachowany w całej linii i pod silną presją ewolucyjną, aby utrzymać swoją funkcję.

„nasza spektralna analiza strojenia miejsc 5 aminokwasów odpowiedzialnych za λ max wykazała, że większość pigmentów wizualnych bat MWS/LWS jest dostrojona do długiej długości fali (~555-560nm)”, powiedział Teeling., „Sugeruje to, że pomimo nabycia echolokacji krtani i długiej historii nocnej, Gen OPSINY MWS/LWS ewoluował pod bardzo silnym ograniczeniem funkcjonalnym u nietoperzy.”

” nietoperze nie są ślepe, a większość gatunków jest w stanie widzieć zarówno w promieniach UV, jak i w środkowym zakresie spektrum kolorów. Sugeruje to, że widzenie jest nadal ważnym środkiem percepcji zmysłowej nawet u echolokujących, nocnych nietoperzy., Jednak nabycie najbardziej zaawansowanego typu echolokacji pokrywa się z utratą wzroku UV u większości nietoperzy i zaskakująco jaskini-noclegowiska napędza utratę wzroku UV w linii nie echolokacji. Sugeruje to, że kompromisy sensoryczne są bardziej złożone niż wcześniej rozważane i że nietoperze nadal tworzą fascynujące tematy, aby zrozumieć ewolucję zmysłów ssaków!”

To badanie stanowi silny wkład w trwającą debatę naukową dotyczącą znaczenia widzenia kolorów dla zwierząt nocnych.