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扇贝的200只眼睛有什么用?还跟视觉进化有关?

2019-05-09 来源:国外网站推荐 - 由[国外网站大全]整理 22

扇贝通常让人联想到一种海鲜佳肴,但是扇贝外壳边缘有多达200只小眼睛可能很多人还不知道,这些眼睛的奇特之处更少有人会去关注。

这些软体动物眼睛的复杂性在慢慢揭开。最近发表在《当代生物学》(Current Biology)杂志上的一项新研究显示,扇贝眼睛的瞳孔会随着光线的变化而放大或缩小,这使得它们的眼睛更具活力。

扇贝的200只眼睛有什么用?还跟视觉进化有关?

扇贝眼睛的光学构造与我们的眼睛器官非常不同。当光线进入扇贝眼睛时,它通过瞳孔、晶状体、两个视网膜(远端和近端),然后到达眼睛后部由鸟嘌呤晶体构成的“镜子”。

弯曲的“镜子”将光线反射到视网膜的内部表面,在那里神经信号被产生,并发送到一个小的内脏神经节或一组神经细胞,其主要工作是控制扇贝的肠道和内收肌。

扇贝眼睛的结构类似于先进望远镜中的光学系统,比我们之前想象的要复杂的多。

多年来,扇贝眼睛的物理和光学构成了一个令人困惑的问题。因为眼睛的主要视网膜离“镜子”太近了,这样光线几乎完全没法聚焦。

换句话说,视网膜近端上的任何图像都是模糊的,这似乎很不合理。

这次研究的研究人员发现扇贝的瞳孔能够打开和收缩,不过它们的瞳孔反应没有我们的那么快。

扇贝瞳孔的直径最多变化50%,扩张或收缩可能需要几分钟。而且他们的眼睛不像我们的眼睛有虹膜,而是眼角膜中的细胞通过从薄而平到高而长来改变形状。

这些收缩可以改变眼角膜本身的曲率,从而开启扇贝眼睛可能改变形状并对光作出反应的可能性,从而使其在视网膜近端形成更清晰的图像成为可能。

扇贝眼睛的唯一神秘之处不只是适应性反射镜。事实证明扇贝眼睛的视蛋白是我们眼睛的三倍。

视蛋白是一种感光蛋白,存在于视网膜的感光细胞中,将介导光转化为电化学信号。

科学家们还不知道扇贝视蛋白是在每只扇贝眼睛中都有表达,还是眼睛在视觉光谱的不同通道中有特殊的功能。

双壳类动物已经多次进化出某种形式的眼睛。有些蛤蜊甚至有复眼(一种由不定数量的小眼组成),或具有多个视觉单元的眼睛,尽管它们不同于昆虫的复眼。

通过研究动物外部的不同视蛋白,研究人员可以测量它们的吸收,并最终了解它们在不同动物体内的工作原理。

眼睛在所有动物身上可能至少进化了50或60次,在许多情况下,视觉的分子基础(将光信号转化为电信号的蛋白质)变化很大。

目前最大的进化问题是,这些蛋白质是如何进化到对光线进行采样的? 然后,它又是如何被指定到动物可能出现的不同类型的光环境中的呢?

有可能视蛋白是从动物体内的其他功能中被重新利用于眼睛的。

尽管不同动物的眼睛形态和光感受器各不相同,但控制眼睛发育的基因却非常相似。

例如,Pax6是哺乳动物眼睛发育的关键发育基因,它在扇贝眼睛的发育中起着类似的作用。

研究人员表示,这些相似之处表明许多类型的眼睛可能是因为光诱导的压力进化而来的,紫外线损伤导致生物体必须保护的特定分子变化。

令人惊讶的是,一次又一次,所有这些用于构建眼睛,也用于视觉的组件都具有这些保护功能。

在这些成分的深层历史中,有一些基因特征会引发对光诱导应激的反应,比如修复紫外线辐射造成的损伤或检测紫外线损伤的副产品。

研究人员表示,一旦检测和应对紫外线损伤的一系列基因一起表达出来,那么这可能是用一种新的方式将这些部分结合起来,就是让你有一只眼睛。

压力因素可能是第一次把这些因素结合在一起,因此,导致视力的这些不同成分之间相互作用的根源,更多地归因于这种压力因素。

一旦这些成分存在,不管是色素、感光细胞还是晶状体细胞,自然选择就会将它们精心加工成眼睛。

无论扇贝眼睛是什么做成的,它们都有一些令人印象深刻的功能,就是可以像望远镜一样弯曲它们内部的“镜子”,使光线聚焦。

所以,下次你享用蒜泥扇贝的时候,不要想象软体动物会盯着你看。


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