研究提供了七鳃鳗松果体颜色检测系统的进化见解

　　大多数非哺乳脊椎动物在大脑的松果体器官中都有一个颜色检测系统，这个系统位于单个细胞中。大阪城市大学科学研究生院与奈良女子大学合作，在生物和地球科学系的一项新研究中发现了七鳃鳗的双细胞系统，七鳃鳗是一种无颌鱼，保留了脊椎动物中的许多原始特征。该研究小组提出，大多数鱼类和爬行动物的单细胞颜色检测系统是从双细胞系统进化而来的。

　　该研究小组先前已经证明，与七鳃鳗不同，鱼类和爬行动物的松果体器官通过位于单个细胞中的两种称为视蛋白的光敏蛋白来检测颜色。这项由寺田昭久教授领导的新研究发现，存在于鱼类和爬行动物的单个感光细胞中的对紫外线敏感的顶视蛋白和对绿色敏感的顶视蛋白在七鳃鳗的不同细胞中表达。

　　他们的研究结果发表在《BMC生物学》杂志上。

　　“除了眼睛之外，鱼类和爬行动物还有‘第三只眼’——松果体器官，或松果体，来探测颜色，”Koyanagi教授说。“基于这些新的结果，我们提出了一个令人惊讶的场景，即松果体器官的颜色检测机制，分为两个细胞，在进化过程中被整合为一个细胞。”

　　在这项研究中，研究小组分析了七鳃鳗的松果体颜色检测系统，并将其与鱼类和爬行动物的单细胞系统进行了比较。通过DNA测序，他们在七鳃鳗中发现了一组基因，这些基因编码单细胞系统中发现的两种视蛋白。令他们惊讶的是，对蛋白质基因表达的分析发现，这些视蛋白是在单独的细胞中表达的。

　　从之前的研究中，研究小组知道单细胞系统在接收紫外线时产生超极化反应，而在接收可见光时产生去极化反应。细胞反应的电生理分析表明，七鳃鳗双细胞系统对紫外线和可见光也具有相同的敏感性。

　　“为了进一步巩固我们的假设，即类似于我们在更原始的七鳃鳗中发现的双细胞系统，可能是鱼类和爬行动物单细胞系统的进化祖先，”昭久寺田教授说，“我们还需要研究参与将光信息转化为细胞反应的蛋白质。”

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　　研究小组通过免疫组织化学分析发现，他们在之前对斑马鱼的研究中证实，这两种蛋白质在单细胞系统中被紫外线和可见光反应细胞所使用，在双细胞系统中也有相同的反应。

　　在之前的工作中，研究小组在不同强度的人造光下检查了单细胞系统的光感受器反应，表明它即使在强光条件下也能很好地工作。为了阐明这种进化变化的潜在好处，研究小组研究了两种细胞中的神经递质，发现紫外线和可见光敏感细胞使用相同的神经递质将每个信号整合到下一个细胞中以产生颜色信息。“我们相信，在强光条件下，神经递质水平的整合过程可能会降低信噪比，”Wada Seiji说。

　　在这一发现揭示的许多可能性中，研究小组关注的是它对人眼的影响。负责视觉的眼睛和负责视觉以外功能的松果体器官有着相同的起源。

　　松果体器官的颜色检测系统从多细胞系统进化到单细胞系统，而眼睛被认为已经进化出复杂的神经回路来处理多个细胞，这一观点应该有助于我们对视觉和非视觉功能的理解。这种进化的见解表明，为了解决色盲问题，而不是局限于重建一个复杂的多细胞系统，将其组合成一个单细胞系统可能在未来成为一种选择。