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为探究夜行性有袋类动物色觉,研究人员对蜜袋鼯研究,发现其为 UV - 三色视觉物种,有助于理解哺乳动物色觉进化。
在动物的奇妙世界里,视觉就像一把神奇的钥匙,帮助它们感知周围环境,在生存竞争中占据一席之地。对于哺乳动物而言,色觉更是丰富多彩且复杂多变。过去,人们普遍认为,只有在白天活动的物种才需要利用色觉,因为夜晚的低光环境似乎太过昏暗,难以感知色彩。毕竟,月光的照度仅为 0.05 - 0.25 lx(1 流明 / 平方米),这与白天可能高达 100,000 lx 的太阳照度相比,简直是天壤之别。但随着研究的深入,科学家们惊讶地发现,许多夜行性物种其实在生理上具备弱光色觉的能力,甚至有些还拥有双色觉(能感知两种不同波长范围的颜色)和三色觉(能感知三种不同波长范围的光)。
那么,夜行性哺乳动物为何要保留色觉呢?这背后隐藏着怎样的生存奥秘?目前,关于澳大利亚有袋类动物视觉敏感性的研究还十分有限,这就像一片未被开垦的神秘领域,吸引着众多科研人员去探索。为了揭开这个谜团,来自美国多所高校(包括 Towson University、Johns Hopkins University 等)的研究人员 Leah M. Nielsen、Harald Beck 等人对蜜袋鼯(Petaurus breviceps)展开了深入研究,相关成果发表在《Scientific Reports》上。
研究人员为了深入探究蜜袋鼯的视觉奥秘,采用了多种先进的研究方法。在行为实验方面,他们利用 Y 迷宫进行单颜色辨别和双颜色辨别测试,通过巧妙设计实验,让蜜袋鼯在不同颜色的光刺激下做出选择,以此来判断它们对不同颜色的敏感度。在遗传分析中,研究人员运用 Blastn 等技术对蜜袋鼯基因组进行深入剖析,寻找与视觉相关的 Opsin 基因,并分析其序列特征 。免疫组织化学实验则通过对蜜袋鼯视网膜进行处理,使用特定的抗体标记来观察 Opsin 蛋白的表达情况,从而直观了解其视觉相关蛋白在视网膜中的分布。
研究结果如下:
- 行为证据表明蜜袋鼯具有 UV 敏感性和三色视觉:在单颜色辨别测试中,蜜袋鼯对 UV 光表现出强烈的敏感性,所有参与实验的蜜袋鼯选择 UV 光的次数均远超随机水平。在双颜色辨别测试中,部分蜜袋鼯能够成功区分黄色与蓝色、黄色与绿色,这有力地证明了蜜袋鼯具备三色视觉。
- 遗传证据支持蜜袋鼯的 UV 视觉:研究人员在蜜袋鼯基因组中成功鉴定出 Rhodopsin(RHO)、Short - wavelength sensitive 1(SWS1)和 Long - wavelength sensitive(LWS)基因。其中,SWS1 基因编码的蛋白在第 86 位氨基酸为苯丙氨酸,这一特征为蜜袋鼯的 UV 敏感性提供了遗传证据。
- 蜜袋鼯视网膜中的 Opsin 表达:免疫组织化学实验检测到蜜袋鼯视网膜中存在 Rhodopsin 和 Long/Medium - wavelength(LM)Opsin。但关于 SWS1 Opsin 是否存在仍不确定,这可能与组织制备问题或 SWS1 蛋白的保守性不足有关。此外,蜜袋鼯视网膜以视杆细胞为主,且视网膜周边区域的视杆细胞和 LM 视锥细胞密度高于中央区域。
研究结论和讨论部分指出,通过多种实验方法相结合,研究人员发现蜜袋鼯是一种 UV - 三色视觉物种,具有三种不同的光谱范围敏感性,包括对 UV 光的敏感。然而,蜜袋鼯绿色敏感性的 Opsin 亚型仍不明确,虽然行为分析支持其具有三色视觉,但在遗传层面却呈现出双色视觉的特征,这可能与视杆细胞和视锥细胞在不同光水平下的相互作用有关。蜜袋鼯的 UV 视觉可能有助于它们在黄昏时更好地观察环境,提高对视觉线索的感知能力,增强在夜间环境中的生存能力。
这项研究意义重大,它不仅增加了人们对夜行性有袋类动物色觉的了解,还为哺乳动物色觉进化的研究提供了重要线索。蜜袋鼯成为了第五种被证明具有三色视觉的澳大利亚有袋类动物,这表明澳大利亚有袋类动物可能以一种与真兽类哺乳动物不同的方式重新进化出三色视觉,体现了趋同进化的重要性,进一步强调了三色视觉在不同环境和进化谱系中的优势地位 。