我们的超高清“照相机”视力得益于细菌

科学家们已经追踪到一种独特的蛋白质的起源，这种蛋白质负责细胞的特化，而这种细胞对脊椎动物相机般的视觉至关重要，可以追溯到5亿年前的一种细菌。他们对生命树中900多个基因组的分析显示，关键蛋白质来自外源细菌基因的水平基因转移。

　　

加州大学圣地亚哥分校的科学家们已经追踪到了一种独特的蛋白质的起源，这种蛋白质被认为是脊椎动物相机般的视觉的关键，可以追溯到5亿年前的外来细菌来源。人类和其他有脊椎的生物都有一个进化奇迹:眼睛，它的功能就像相机一样，提供了一个精细调节的视觉系统。由于眼睛的复杂性，查尔斯·达尔文将其描述为通过渐进进化步骤对他的自然选择理论的最大潜在挑战之一。脊椎动物和无脊椎动物视觉的显著区别在于一种独特的蛋白质，这种蛋白质负责对视觉至关重要的细胞的特化。这种名为IRBP的蛋白质的突变已经被认为会导致各种疾病，如色素性视网膜炎，但其进化起源仍然难以捉摸，没有明显的遗传前体。

加州大学圣地亚哥分校生物科学学院的科学家们在《PNAS》上发表文章，他们现在已经将5亿年前脊椎动物的IRBP起源追溯到细菌源头。IRBP是一种高度保守和必需的类视黄醇穿梭蛋白，来源于一种细菌基因。

他们的发现使用了系统发育重建方法，因为现在可以获得越来越多的完全详细的基因组。他们对生命树中900多个基因组的分析显示，脊椎动物眼睛中的IRBP整合不是传统的垂直基因转移的结果，在这种转移中，进化进程被适应，或者使用可用的遗传物质“修补”。相反，IRBP是通过外源细菌基因的水平基因转移获得、复制和整合的。细菌通过结构域间水平基因转移（iHGT）对脊椎动物眼睛进化的重要贡献，从此该基因产生了脊椎动物特异性光受体间类视黄醇结合蛋白（IRBP）。

一旦最终成为IRBP的关键基因从细菌中获得，脊椎动物就打开了一扇新的门，允许类视黄酮(眼睛中直接感知光线的分子)在细胞类型之间穿梭，有效地回收它，用于进一步的光感知。这种光接收和光感知和类维生素A循环的分离为脊椎动物提供了独特的功能和它们的视觉方式。

该论文的资深作者、生物科学副教授Matt Daugherty说:“这是一个巨大的转变，因为这是从细菌中引入的一种全新的遗传物质。”前加州大学圣地亚哥分校的本科生Chinmay Kalluraya领导了这项研究，加州大学圣地亚哥分校的研究生Alexander Weitzel和Brian Tsu贡献了计算专业知识。“这项研究表明，将脊椎动物的眼睛与其他所有眼睛区分开来的一项重大创新不是通过分子修补完成的，而是基因创新的巨大飞跃。为了看到不同波长的东西，周围需要有足够的光，这就是为什么我们在黑暗中看得很清楚的原因之一——我们有这种酶循环系统，而许多无脊椎动物似乎没有。眼睛是多样而复杂的，正是因为这个系统，我们才走上了这条路。这改变了我们对进化的看法，也改变了我们对似乎凭空出现的复杂结构的看法”

随着更多生物的基因组被发现，研究人员相信，其他关键功能和系统也将类似地追溯到细菌。

Bacterial origin of a key innovation in the evolution of the vertebrate eye