前所未有,發現新的視覺系統:生活在黑暗環境中的魚有色覺

2020-12-05 可為漁業

圖像：具有視覺增強的深海魚類： 銀色洞鰭鯛(DIRETMUS ARGENTEUS)、鞭尾魚 (STYLEPHORUSCHORDATUS)和底燈魚(BENTHOSEMA SP.)。

圖片來源： PAVEL RIHA, UNIVERSITY OF SOUTH BOHEMIA,CESKE BUDEJOVICE, CZECH REPUBLIC

最新研究顯示，生活在陽光照射不到的深海中的魚類具有高度敏感的色覺。

一個國際研究小組發現了一種以前不為人知的視覺系統，這種系統可以讓被認為是色盲的動物在深暗水域中看到顏色。這項研究發表在2019年5月10日出版的「科學」雜誌的封面上。

「這是第一篇研究各種魚類的論文，並發現它們的視覺系統具有多樣性和可變性，」馬裡蘭大學生物學教授、論文的合著者Karen Carleton說。「我們眼睛對光的光譜很敏感，而決定這一光譜的基因其實是一組可變的基因，導致視覺系統進化的速度比我們預想的要快得多。」

脊椎動物的眼睛使用兩種類型的感光細胞——視杆細胞和視錐細胞。視杆細胞和視錐細胞都含有一種叫做視蛋白的感光色素，這種色素能吸收特定波長的光，並將其轉化為電化學信號，大腦將其解釋為顏色。在感光細胞中表達的視蛋白的數量和類型決定了動物感知的顏色。

在這項新研究之前，人們普遍認為視錐細胞負責色覺，而視杆細胞負責在昏暗條件下檢測亮度。這項新工作表明情況並非完全如此。通過對101條魚的基因組進行分析，研究人員發現，有些魚含有多種杆狀視素，這增加了它們具有基於視杆細胞的顏色視覺的可能性。

視錐細胞通常含有表達多種視蛋白的基因，這就是為什麼它們被用於色覺。但它們不像視杆那麼敏感，可以探測單個光子，用於微光視覺。在99%的脊椎動物中，視杆細胞只表達一種光敏視蛋白，這意味著絕大多數脊椎動物在低光照條件下是色盲。

大多數深海魚類的視覺都遵循同樣的模式，但這項新研究揭示了一些顯著的例外。通過分析生活在6500英尺深的淺水區魚類視杆細胞和視錐細胞中表達視蛋白的基因，研究人員發現13種魚的視杆細胞中含有不止一個視蛋白基因。其中四種都是深海魚類，含有三種以上視蛋白基因。

最引人注目的是銀色洞鰭魚，它擁有令人驚訝的38條視蛋白基因。這比研究人員在其他魚類的視錐細胞中發現的視蛋白要多，也是已知脊椎動物中發現的視蛋白數量最多的。(相比之下，人類的視覺使用四種視蛋白)。此外，在銀刺鰭魚中發現的視蛋白對不同波長的光敏感。

「這非常令人驚訝，」 Carleton說。「這意味著銀魚的視覺能力與我們想像的大不相同。問題是，這有什麼好處？這些魚用這些光譜不同的視蛋白做什麼呢？」

Carleton認為答案可能與發現獵物有關。長期以來，人們一直認為生活在很深的水中的動物不需要色覺，因為只有藍光才能穿透600英尺深的地方。但是儘管缺少陽光，深海並不是沒有顏色的。許多生活在黑暗中的動物通過生物發光產生自己的光。

這項新研究發現，在擁有多個視杆細胞視蛋白的魚類中，它們視蛋白的特定波長被調整為與共享其棲息地的發光生物發出的光譜重疊。

「這可能是因為它們的視覺高度適應它們捕食的不同物種發出的不同顏色的光，」 Carleton說。

值得注意的是，被發現有三種以上視蛋白的四種魚類是不相關的物種。這說明基於杆狀體的顏色視覺是經過多次獨立進化的，對生存一定有一定的益處。

研究人員表示，他們的下一步是將研究範圍擴大到其他深海魚類，並尋找可能進化出大量視杆細胞視蛋白的銀色洞鰭魚的淺水近親。

資料來源：

NEWS RELEASE 9-MAY-2019

Color vision found in fish that live in near darkness

AAAS and EurekAlert!

△內容來源：水生動物健康評估，作者：梁曉文，圖片來自網絡，版權歸原作者所有，如有侵權，請聯繫我們刪文

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