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某科學の超電報

不同的水下環境,不同的魚眼睛:魚類視覺基因如何因應環境演化?

2018/03/02 |

快訊標籤基因複製海洋生物

  • 淡水魚比海水魚擁有更多的感知紫外光與紅光的視覺基因(圖為青鱂魚)。

多變的海洋光環境

人類視網膜上有錐狀與桿狀感光細胞,讓我們能看見這個彩色的世界;海洋環境如此多變,海中魚類的視覺又是如何因應做出改變?

國家實驗研究院台灣海洋科技研究中心王豐寓博士和中央研究院生物多樣性研究中心林進之博士、王子元博士及李文雄院士的研究團隊合作研究「魚類視覺基因演化以及在環境適應上的影響」,於 2017 年 11 月登上國際頂尖期刊《自然》(Nature)旗下的《科學報告》(Scientific Reports)。

視覺是海洋生物最重要的感覺系統之一,多變的海洋形塑了光環境的多樣性,有繽紛清澈的珊瑚礁水域、混濁的近岸河口水域,以及一片漆黑的深海等,動物為因應環境的變化,演化出各式各樣不同的視覺能力。

動物偵測光線的視覺基因可以分為五大類:在昏暗環境下感測微弱光線的視紫蛋白基因,以及感測四種色光-紫外光藍光綠光紅光的視覺基因。

林進之博士利用其優秀的資工背景,從魚類基因體的龐大資料庫中,以生物資訊的方法篩選出視覺基因;王豐寓博士則對這些基因進行功能與演化的分析,從 59 種輻鰭魚類(ray-finned fish)的基因體中,找出每種魚類所擁有視覺基因的種類與數量,以及每個基因在基因體上的位置。

基因體雙機制,成就多變的魚類視覺適應

分析各個魚種棲息環境與視覺基因的關係,進一步就能了解魚類視覺基因的演化以及如何因應環境的壓力而改變,例如洄游到深海產卵的鰻魚就遺失了感知紫外光與紅光的視覺基因,以適應深海的環境,而淡水魚則比海水魚擁有更多的感知紫外光與紅光的視覺基因。

鰻魚洄游到深海產卵,遺失了感知紫外光與紅光的視覺基因以適應深海的環境(圖為日本鰻)。

研究結果發現,在魚類基因體中含有視覺基因的DNA片段發生了基因複製(gene duplication),造成了視覺基因種類與數量的增加;而視覺基因上特定位置的突變(tuning site changes)則造成功能上的改變,使得視覺基因的功能出現多樣性。這兩種機制再加上天擇的作用,使得魚類演化出各式各樣的視覺感知能力,因而能適應水中多變的環境。

參考資料:

  • 本文改寫自國家實驗研究院新聞稿

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