Эволюция цветного зрения человека: полная молекулярная картина
Учёные завершили более чем 20-летнее исследование, детально восстановив эволюционный путь, который привёл к появлению полноценного цветного зрения у человека и других высших приматов. Ключевой этап — переход от ультрафиолетового (UV) зрения к фиолетовому (способности видеть синий свет) — описан в PLOS Genetics.
От ночного млекопитающего к человеку
Около 90 миллионов лет назад примитивные ночные предки млекопитающих обладали бихроматическим зрением (чувствительным к UV и красному свету). К 30 миллионам лет назад у наших предков появилось четыре класса опсинов, что позволило видеть весь спектр видимого света, кроме UV. Как отмечает ведущий автор, биолог Шозо Йокояма: «У горилл и шимпанзе — человеческое цветное зрение. Или, возможно, правильнее сказать, что у людей — зрение гориллы и шимпанзе».
Сложный молекулярный путь
Исследователи сосредоточились на семи генетических мутациях, ответственных за потерю UV-чувствительности и обретение сине-чувствительного пигмента в период с 90 до 30 миллионов лет назад. Они идентифицировали 5040 возможных эволюционных путей (последовательностей аминокислотных изменений) для этих мутаций.
- Экспериментальная проверка: Были проведены эксперименты для каждого из 5040 вариантов.
- Ключевой вывод: Каждая из семи мутаций по отдельности не оказывала эффекта. Только их комбинация в определённом порядке позволяла пройти эволюционный путь.
- Роль молекулярной среды: Эволюция зависит не только от внешней среды, но и от изменений молекулярного окружения внутри организма.
Почему путь был таким медленным?
Для сравнения, у рыбы-сабли (scabbardfish) для перехода от UV к синему зрению потребовалась всего одна мутация. У предков человека их было семь, растянутых на миллионы лет. Йокояма объясняет это разной скоростью изменения среды обитания.
Загадка «нефункционального белка» и её решение
Около 80% из 5040 теоретических путей прерывались, потому что белок терял функциональность. Химик Ахмет Алтун выяснил причину: для работы пигменту необходима вода. Если одна мутация происходила раньше другой, она блокировала два водных канала, проходящих через мембрану зрительного пигмента. Из оставшихся 20% возможных путей наши предки использовали только один, который и был идентифицирован в исследовании.
Контекст и значение работы
Данная публикация завершает масштабный проект по реконструкции эволюции цветного зрения человека:
- В 1990 году Йокояма определил три аминокислотные замены, приведшие к появлению зеленочувствительного пигмента.
- В 2008 году его группа построила обширное эволюционное дерево для сумеречного зрения.
«У нас больше нет неясностей вплоть до уровня экспрессии аминокислот в механизмах этого эволюционного пути», — заключает Йокояма.