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蜥蜴“第三只眼”揭示颜色视觉进化的分子机制

2006-04-18 09:12 约翰·霍普金斯大学神经科学系研究团队 Newswise网站及《科学》杂志 阅读 0
核心摘要: 约翰·霍普金斯大学最新研究揭示了蜥蜴颅顶眼中蓝绿色视觉的分子机制,发现其光感受器细胞同时含有两种色素和两种G蛋白信号通路,展示了颜色视觉进化的关键过渡形态,为理解人类视觉系统的起源提供了新视角。

据美国约翰·霍普金斯大学神经科学系最新研究报道,发表在2023年《科学》杂志上的一项研究揭示了头侧斑点蜥蜴颅顶眼(俗称“第三只眼”)区分蓝色与绿色光的分子机制。这种特殊的光感受器细胞含有两种色素分子,能够同时响应蓝光和绿光,展示了颜色视觉进化过程中的关键步骤。

人类的颜色视觉依赖于视网膜中三种不同类型的圆锥细胞,每种细胞含有单一色素(红、绿或蓝),通过神经网络进行颜色信息的比较和处理。而蜥蜴颅顶眼的光感受器细胞则独特地同时含有蓝色和绿色两种色素,能够在同一细胞内对两种光波长产生反应,这种机制在低等动物如扇贝和高等动物如人类之间架起了进化桥梁。

研究发现,蓝色色素激活一种名为gustducin的G蛋白分子,该分子与人类光感受器中的信号分子高度相似;绿色色素则激活另一种名为Go的G蛋白分子,这种分子在无脊椎动物的感光细胞中也有发现,表明其进化历史更为悠久。两种G蛋白分别启动不同的信号通路,蓝光与gustducin产生“关闭”反应,绿光与Go产生“开启”反应,这种对立的信号机制使得单一细胞能够高效处理颜色信息。

姚博士指出,这种双重信号机制在蜥蜴颅顶眼中尤为适合黎明和黄昏光照条件下的视觉需求,体现了在细胞类型有限的情况下的进化经济性。类似于小型团队中成员多职能的工作分配,蜥蜴的颅顶眼光感受器通过两种色素和两条信号通路实现复杂的颜色辨识。

此外,研究团队提出,蜥蜴颅顶眼的光感受器是人类与低等动物光感受器之间的“过渡形态”,为理解视觉系统的进化提供了重要线索。部分青蛙和鱼类前额的斑点结构可能也具有类似的感光功能,未来研究将进一步探讨这些结构的分子基础及其进化意义。

该研究获得美国国家眼科研究所和Allene Reuss纪念信托机构的资助,推动了对视觉系统起源与演化的深入理解。

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