感光桿

科學(xué)家們一直在尋找機(jī)會(huì)反駁達(dá)爾文的"優(yōu)勝劣汰"進(jìn)化論，最近，來自歐洲分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)室的科學(xué)家宣布，他們發(fā)現(xiàn)了眼睛進(jìn)化的秘密，對(duì)達(dá)爾文的進(jìn)化理論提出了有力挑戰(zhàn)。科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)，眼睛中感光層的光敏細(xì)胞是從我們祖先位于腦中的光敏細(xì)胞進(jìn)化而來的，而非物競(jìng)天擇。

早期的動(dòng)物祖先中存在兩類光敏細(xì)胞，一類是感光桿細(xì)胞，現(xiàn)存在于大多數(shù)動(dòng)物的眼睛中，另一類是睫狀細(xì)胞，仍存在動(dòng)物腦中。只是大腦中的睫狀細(xì)胞最終進(jìn)化成視網(wǎng)膜的感光層。

科學(xué)家們是通過一種海洋蠕蟲的活化石得出這一結(jié)論的，這種蠕蟲與6億多年以前的人類祖先非常相似。當(dāng)看到這些化石照片時(shí)，他們注意到，蠕蟲大腦中的細(xì)胞形狀與人眼的感光層非常相似，于是立即產(chǎn)生假設(shè):這兩種光敏細(xì)胞可能有共同的進(jìn)化起源。

他們隨后利用進(jìn)化論生物學(xué)家們常用的現(xiàn)代工具---分子指紋對(duì)這一假設(shè)進(jìn)行了科學(xué)驗(yàn)證。如果兩個(gè)物種的細(xì)胞擁有相匹配的分子指紋，這些細(xì)胞很有可能來源于同一個(gè)原始細(xì)胞。其中一研究人員很快測(cè)出蠕蟲大腦細(xì)胞的分子指紋，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，蠕蟲的視蛋白(光敏分子)與脊椎動(dòng)物感光層中的視蛋白驚人地相似，也就是說，這兩種細(xì)胞擁有相同的分子指紋，這為人眼進(jìn)化提供了確切證據(jù)，眼睛的細(xì)胞來源于腦細(xì)胞，并不是通過自然變異和天然選擇進(jìn)化而來的。

復(fù)雜器官和生理結(jié)構(gòu)如脊椎動(dòng)物眼睛的進(jìn)化一直以來都吸引著生物學(xué)家的目光。在近期的Current

Biology雜志上，來自牛津大學(xué)、倫敦大學(xué)和荷蘭Radboud大學(xué)的研究人員報(bào)道說一種關(guān)鍵的眼睛蛋白的進(jìn)化歷史揭示出了先前未知的脊椎動(dòng)物眼睛的特定成分與無脊椎動(dòng)物更為原始的感光系統(tǒng)成分之間的關(guān)系。這些發(fā)現(xiàn)有助于澄清人類了解脊椎動(dòng)物眼睛進(jìn)化過程的概念框架。我們的視力依賴于我們眼睛在視網(wǎng)膜上形成一個(gè)清晰、聚焦的影像的能力。聚焦的關(guān)鍵成分是眼睛的晶體，并且物理特性以及它精確折射光的能力起源于高濃度的特殊蛋白--晶狀體細(xì)胞中的晶狀體球蛋白。

魚類、青蛙、鳥類和哺乳動(dòng)物的眼睛都能成像是因?yàn)樗鼈兊难劬Χ寄鼙磉_(dá)晶狀體球蛋白并形成一個(gè)晶體。但是，脊椎動(dòng)物的最近的無脊椎動(dòng)物親戚如海鞘(sea

squirts)的眼睛只能檢測(cè)光但不能形成一個(gè)形象。這使一些人認(rèn)為晶體在脊椎動(dòng)物進(jìn)化的初期就發(fā)生了進(jìn)化--這又產(chǎn)生了一個(gè)進(jìn)化生物學(xué)問題:具有這種特殊物理特征的復(fù)雜器官是如何進(jìn)化的呢?

在這項(xiàng)新的研究中，Shimeld和同事調(diào)查了一個(gè)晶狀體球蛋白家族的進(jìn)化起源。通過對(duì)脊椎動(dòng)物的無脊椎動(dòng)物近親海鞘進(jìn)行研究，研究人員發(fā)現(xiàn)這些動(dòng)物擁有一個(gè)獨(dú)特的晶狀體球蛋白基因--在它的原始的感光系統(tǒng)中表達(dá)。這些發(fā)現(xiàn)強(qiáng)有力的證明研究的這個(gè)蛋白家族起源于這個(gè)單獨(dú)的基因。

此外，研究人員還發(fā)現(xiàn)這種海鞘晶狀體球蛋白基因的表達(dá)顯著地受到一些遺傳成分的控制，而這些遺傳成分還對(duì)控制脊椎動(dòng)物晶體形成的因子作出反應(yīng):當(dāng)這個(gè)海鞘基因的調(diào)節(jié)區(qū)域被轉(zhuǎn)移到青蛙胚胎中時(shí)，這些調(diào)節(jié)元件在蝌蚪自己的視覺系統(tǒng)中促進(jìn)基因的表達(dá)。這些有力地說明在晶體進(jìn)化前，兩個(gè)系列的基因之間存在一種調(diào)節(jié)性的聯(lián)系