引人入胜的鲨鱼和Ray Vision进化研究揭示了鲨鱼看不到颜色

与海洋哺乳动物相似，所有软骨鱼类都丧失了SWS1和SWS2视蛋白基因。鲨鱼和射线确实包含杆状和锥状感光体。然而，发现射线具有两个视锥蛋白基因。

视觉对大多数动物来说都是至关重要的感觉，脊椎动物已经进化出了高度适应性的视蛋白基因集，它们产生光敏色素来解码视网膜图像。这些视蛋白包括用于在弱光下观察的棒视蛋白，以及用于在强光下观察并在可见光谱范围内检测颜色的四类视锥蛋白。

在整个进化过程中，这些视蛋白已在许多物种中发生了改变，丢失或重复，为陆地，空中和水下的视觉提供了独特的适应性。例如，大多数鸟类保留了第一颚鱼中存在的一个杆和四个视锥蛋白基因的完整互补体，因此是四色锥。相比之下，大多数胎盘陆地哺乳动物失去了SWS2蓝敏和RH2绿敏锥视蛋白，仅保留了SWS1紫敏和LWS红敏锥视蛋白（除了RH1棒视蛋白），使它们成为锥重色体。随后，一些灵长类动物复制了LWS视锥蛋白，以产生第三种视锥色素，并发展出人类所熟悉的三色性。

与海洋哺乳动物相似，所有软骨鱼类都丧失了SWS1和SWS2视蛋白基因。鲨鱼和射线确实包含杆状和锥状感光体。但是，射线具有两个视锥蛋白基因，而鲨鱼只有一个视锥蛋白基因。因此，发现鲨鱼失去了看颜色的能力。

先前的研究表明，大多数海洋哺乳动物在向海过渡的过程中，也丧失了SWS1视蛋白基因类别，其视线由LWS视蛋白介导而成为视锥单色体。结果是海豹，海豚和鲸鱼不存在（或极少）色觉。并且发现深ping鲸随后失去了所有锥体类别，仅保留杆状色素，对其视觉敏感度范围可能产生巨大影响。

迄今为止，人们对软骨鱼类，尤其是鲨鱼及其近亲表皮，即射线的视力进化知之甚少。

通讯作者内森说：“我们已经表征了五种鲨鱼和四种射线中所表达的视网膜视觉色素的分子同一性，重点研究了已知或可能拥有视锥细胞感光细胞的浅居物种，以及那些填补了特殊系统发育缺陷的物种。”哈特

在他的小组的新研究中，他们表明，与海洋哺乳动物相似，所有软骨鱼类都丢失了SWS1和SWS2视蛋白基因。鲨鱼和射线确实包含杆状和锥状感光体。但是，射线具有两个视锥蛋白基因，而鲨鱼只有一个视锥蛋白基因。因此，发现鲨鱼失去了看颜色的能力。

哈特说：“此外，我们提供了测量在9种射线和2种鲨鱼中表达的视觉颜料的光谱特征的信息。”“我们现在可以确认，迄今为止研究的所有鲨鱼物种似乎都是锥单色体，但是报告说，在不同物种中，单个锥视蛋白可能是LWS或RH2类视蛋白。”

“从广义上讲，颜色辨别对于诸如发现猎物，避免捕食和选择配偶等行为可能是有用的。考虑到许多射线物种花费相当长的时间停留在基底上或部分掩埋在基底上，因此彩色视觉可以通过增强视觉对比度或消除消色差闪烁来帮助检测临近的掠食性动物。”

哈特（Hart）认为，海洋环境和狩猎过程中的光照条件范围可能导致鲨鱼有许多独特的视蛋白适应性。

由于水本身以及任何溶解或悬浮的物质的吸收，反射和散射，大多数水生生境的特征是视觉对比度低。此外，许多鲨鱼在白天和黑夜都活跃，因此必须在广泛的光照强度下运行。因此，在彩色视觉电路的缺点可能不利于生存的情况下，鲨鱼经常会接近其视觉能力的阈值进行操作。

这项研究提供了迄今为止最详尽的图片，显示了在弹性分支的视网膜中表达的视蛋白的稳定性，其中包括射线和鲨鱼。

“我们的发现对于了解整个脊椎动物视锥视色觉的演变也具有重要意义。通常，在几个主要和次要水生类群中，这种向锥体单色性的独立转化表明，色觉对于许多大型海洋捕食者几乎没有价值。

哈特的团队还追踪了鲨鱼和射线中视蛋白基因的进化时间持久性，并将这些时间轴置于脊椎动物视力进化的更大背景下。

存在于脊椎动物中的五种主要视觉视蛋白基因（SWS1，SWS2，RH1，RH2和LWS）是在超过540 Ma的长足动物从长足类长角鳗出现之前就进化出来的。

“看来，SWS1和SWS2视蛋白基因在与460 Ma的骨鱼分离后，以及在420 Ma的全头颅（嵌合体）和弹性分支（鲨鱼，滑冰和rays鱼）的扩散之前从该谱系中丢失了。因此，似乎仅RH1，RH2和LWS视蛋白基因保留在祖先软骨鱼类（软骨鱼类）中，随后在全头颅谱系内复制了基因，从而在象鲨Callorhinchus中产生了LWS视蛋白基因的两个拷贝。 milii。”

该研究最近发表在《分子生物学与进化》高级在线版上。

参考：Nathan S Hart，Trevor D Lamb，Hardip R Patel，Aaron Chuah，Riccardo C Natoli，Nicholas J Hudson，Scott C Cutmore，Wayne IL Davies，Shaun P Collin和David M Hunt撰写的“鲨鱼和射线中的视觉视蛋白多样性” 2019年11月，分子生物学与进化.DOI：
10.1093 / molbev / msz269