Ученые разгадали загадку появления цветного зрения у людей

Ученые разобрались как наши предки за несколько миллионов лет эволюционировали от примитивных млекопитающих, которые смутно различали свет и тень, до больших обезьян с четким цветным видением.

Результатом двух десятилетий напряженной работы международной команды исследователей стало открытие того, как люди развили умение видеть цвета радуги. Разобравшись, как наши предки переключились с ультрафиолетового (UV) зрения на синее (или фиолетовое), ученые наконец-то сложили вместе временную шкалу одной из самых удивительных возможностей нашего вида.

"Теперь мы можем проследить все эволюционные пути, назад на 90 миллионов лет, которые привели к цветному зрению у человечества." - рассказывает в пресс-релизе ведущий автор и биолог Шозо Йокояма из Университета Emory в США. "Мы прояснили эти молекулярные пути на химическом, генетическом и функциональном уровнях".

В предыдущих исследованиях Йокояма и его коллеги показали, что наши ранние предки добавили чувствительность к зеленому к уже существовавшей чувствительности к красному, где-то между 45 и 30 миллионами лет назад. Чтобы определить, как мы получили трехцветное зрение, которое позволяет нам сегодня видеть все цвета видимого спектра, нужно было узнать, когда глаза наших предков заполучили видение в синем диапазоне.

В 2008-м Йокояма с командой исследовали как глубоководная рыба-скабардфиш (scabbardfish) переключилась с ультрафиолета на синий благодаря одной единственной генетической мутации. Нашим же предкам пришлось пройти путь многих мутаций в течении нескольких миллионов лет чтобы добиться того же самого. Эволюция наших предков шла медленно, вероятно из-за медленного изменения окружающей среды.

В этот раз команда пошла дальше, анализируя молекулы предков - белки и пигменты, которые имели наши ранние предки, и которые можно синтезировать в лаборатории. Они обнаружили что для кодирования визуального пигмента для смутного световосприятия и цветного зрения нужны пять классов генов опсина, которые были найдены в клетках-фоторецепторах ретины млекопитающих. По мере изменения окружения видов за десятки миллионов лет изменялись маленькие порции этих генов опсина, позволяя зрению адаптироваться.

Примерно 90 миллионов лет назад наши млекопитающие предки были ночными существами с чувствительным к ультрафиолету и красному зрением. Это значит, что они видели мир только в двух цветах. Затем, около 30 миллионов лет назад, млекопитающие эволюционировали в приматов с четырьмя различными классами генов опсина, что позволило им видеть весь спектр видимого света, весь, кроме ультрафиолета.

У горилл и шимпанзе - человеческое цветное зрение. Или можно сказать, что это люди имеют цветное зрение шимпанзе и горилл.

Чтобы получить человеческое трехцветное зрение, нужно 7 генетических мутаций и 5040 возможных путей для изменений аминокислот. Исследователи провели эксперименты для всех 5040 возможностей. Они обнаружили что каждая из семи генетических мутаций сама по себе не имеет эффекта. Только несколько изменение вместе в определенном порядке могли изменить путь эволюции. Это означает, что влияния окружающей среды было недостаточно для эволюции цветного зрения - изменения также требовали сдвиги в молекулярном окружении наших предков.

Примерно 80% из 5040 путей останавливались на пол-пути так как белок становился бесполезным для новой мутации которая появлялась на пути. Оставшиеся 20% оставляли возможные пути, но наши предки выбрали только один. И ученые нашли этот путь.

Просто потрясает предположение, насколько сложные серии изменений должны были произойти совместно, чтобы получился результат, который большинство из нас воспринимает как данное.

Источник

См. по теме: Сколько мегабит/с можно пропустить через зрительный нерв и какое разрешение у сетчатки?