Может ли ночной образ жизни летучих мышей, обитающих в пещерах, на протяжении тысячелетий улучшать их акустические способности эхолокации, но также спровоцировать потерю ими зрения?
Новое исследование под руководством Бруно Симоэса, Эммы Тилинг и их коллег изучило этот вопрос в эволюции генов цветового зрения у большой и разнообразной группы видов летучих мышей.
Они показывают, что популярное выражение «слеп как летучая мышь» на самом деле не соответствует действительности. Некоторые летучие мыши, обладающие наиболее продвинутым типом эхолокации, по-видимому, сменили УФ-зрение на тонкий слух, и все летучие мыши, которые не эхолокируют, но живут в пещерах, также утратили УФ-видение. Это говорит о том, что не все летучие мыши слепы, но некоторые из них определенно предпочли зрение другим органам чувств.
«Сенсорные способности летучих мышей уже давно вызывают восхищение у биологов-эволюционистов», - сказала Эмма Тилинг, автор исследования, опубликованного в расширенном онлайн-издании журнала «Молекулярная биология и эволюция». «Используя филогенетику и молекулярную биологию, мы теперь можем глубже изучить эволюционную цену приобретения эхолокации и ночного образа жизни».
Летучие мыши не только единственные млекопитающие, которые действительно могут летать, но и единственные, которые полагаются на эхолокацию, чтобы найти добычу в темноте. Ученые давно утверждают, что зрение летучих мышей пошло на компромисс в результате того, что они приобрели эту уникальную ночную сенсорную адаптацию.
Чтобы лучше понять источники этих компромиссов, исследовательская группа провела секвенирование ДНК и проанализировала ключевые гены зрения у летучих мышей, включая SWS1 (чувствительный к короткой длине волны, для синего/ультрафиолетового света) и MWS/LWS (средний или средний). чувствительные к длинной волне, к зеленому, желтому и красному свету) гены опсина.
Работа гена опсина состоит в том, чтобы сделать светочувствительные белки сетчатки, которые могут превращать фотоны света в зрение, чтобы видеть определенные длины волн. Исследовательская группа провела анализ генов опсина, изучив самый большой на сегодняшний день набор данных о летучих мышах, представляющий 20 из 21 существующего семейства летучих мышей, которые были выбраны в первую очередь из-за их разнообразных типов эхолокации и экологических ниш..
В исследовании авторы показали, что среди 111 исследованных видов потеря функции гена SWS1 встречается у летучих мышей чаще, чем считалось ранее, и предполагает, что это может быть связано с принятием пещерных ночевок, впервые прослеживаемых в прошлом. до почти 30 миллионов лет назад. Они обнаружили различные мутации в геномах летучих мышей, влияющие на функцию гена SWS1, причем у двух видов обнаружен полностью нефункциональный ген..
В целом, у 26 из 111 исследованных видов произошла спектральная тонкая настройка, которая привела к полной потере коротковолнового видимого света в синем/ультрафиолетовом диапазоне. Они обнаружили, что у большинства пещерных летучих мышей Старого Света есть нефункциональный опсин SWS1.
Однако было обнаружено, что селекция чувствительного к синему гена опсина SWS1 значительно различается у разных видов летучих мышей. Исследовательская группа обнаружила доказательства множественных генетических мутаций, при которых разные виды летучих мышей потеряли функцию гена SWS1. Чтобы идентифицировать эти генетические корни, они использовали филогенетический анализ для построения генных деревьев на основе результатов SWS1 и сравнивали признаки отбора между различными экологическими нишами, такими как эхолокационные и неэхолокационные виды, а также пещерные и непещерные насесты.
«Наша работа подтверждает предыдущие гипотезы, которые предполагают, что псевдогенизация [или потеря] опсина SWS1 может быть связана с принятием продвинутой эхолокации (высокий рабочий цикл) и привычкой жить в пещере», - сказал Тилинг.
Когда ген SWS1 присутствует и работает, авторы подтвердили, что он дает летучим мышам способность видеть в ультрафиолетовом свете.
«Наш анализ спектральной настройки 11 участков, ответственных за светочувствительность в гене опсина SWS1 как у предков, так и у современных видов летучих мышей, обеспечивает дополнительную поддержку наличия УФ-видения у летучих мышей», - сказал Тилинг. «У лесных млекопитающих с закрытым пологом чувствительный к УФ-излучению опсин SWS1 связан с ночным образом жизни. Кроме того, наши результаты показывают, что этот зрительный пигмент был чувствительным к УФ-излучению у всех летучих мышей с тех пор, как они впервые отделились от других плацентарных млекопитающих около 78 млн лет назад."
Важно, что новые данные ясно показывают, что потеря функции гена SWS1 не всегда связана с приобретением продвинутой эхолокации, как предполагалось ранее.
Что касается других зрительных генов, они обнаружили, что среди 45 исследованных видов ген опсина MWS/LWS высоко консервативен в разных линиях и находится под сильным эволюционным давлением, чтобы сохранить свою функцию.
«Наш анализ спектральной настройки 5 аминокислотных участков, ответственных за?max, показал, что большинство зрительных пигментов MWS/LWS летучих мышей настроены на большую длину волны (~ 555-560 нм), - сказал Тилинг..«Это говорит о том, что, несмотря на приобретение ларингеальной эхолокации и долгую историю ночного образа жизни, ген опсина MWS/LWS развивался у летучих мышей в условиях очень сильного функционального ограничения».
"Летучие мыши не слепы, и большинство видов способны видеть как в ультрафиолетовом, так и в среднем диапазоне цветового спектра. Это говорит о том, что зрение по-прежнему является важным средством сенсорного восприятия даже у эхолокирующих ночных летучих мышей. Однако, приобретение наиболее продвинутого типа эхолокации действительно совпадает с потерей УФ-видения у большинства летучих мышей, и, что удивительно, ночлег в пещерах приводит к потере УФ-видения у неэхолокационных линий. Это говорит о том, что сенсорные компромиссы более сложны, чем считалось ранее, и что летучие мыши по-прежнему представляют собой увлекательные объекты для понимания эволюции разума млекопитающих!"
Это исследование вносит весомый вклад в продолжающиеся научные дебаты о важности цветового зрения для ночных животных.