Насколько слепы летучие мыши? Исследование генов цветового зрения изучает ключевые сенсорные компромиссы

Новое исследование под руководством Бруно Симойнса, Эммы Тиллинг и коллег изучило эволюцию генов цветового зрения у большой и разнообразной группы видов летучих мышей.

Оно показывает, что популярное выражение "слеп, как летучая мышь" не соответствует действительности. Некоторые летучие мыши с наиболее продвинутым типом эхолокации, по-видимому, обменяли УФ-зрение на превосходный слух, и все неэхолоцирующие летучие мыши, живущие в пещерах, также потеряли УФ-зрение. Это говорит о том, что не все летучие мыши слепы, но некоторые, безусловно, предпочли зрению другие чувства.

Исследовательская группа провела секвенирование ДНК и проанализировала ключевые гены зрения у летучих мышей, включая гены опсинов SWS1 (чувствительный к коротким волнам, для синего/УФ-света) и MWS/LWS (чувствительный к средним или длинным волнам, для зеленого, желтого и красного света).

Анализ генов опсинов охватил самый большой на сегодняшний день набор данных по летучим мышам, представляющим 20 из 21 существующего семейства, выбранных в основном из-за разнообразия типов эхолокации и экологических ниш.

Среди 111 изученных видов потеря функции гена SWS1 оказалась более распространенной, чем считалось ранее, и может быть связана с переходом к обитанию в пещерах, впервые прослеженным почти 30 миллионов лет назад. Были обнаружены различные мутации в геномах летучих мышей, влияющие на функцию гена SWS1, причем полностью нефункциональный ген найден у двух видов.

В целом, у 26 из 111 изученных видов произошла спектральная настройка зрения, полностью исключившая восприятие коротковолнового видимого света в синем/УФ-диапазоне. У большинства старых, обитающих в пещерах летучих мышей оказался нефункциональный опсин SWS1.

Отбор на сине-чувствительный ген опсина SWS1, однако, значительно варьировал среди видов. Исследователи нашли свидетельства множественных генетических мутаций, в результате которых разные виды потеряли функцию гена SWS1. Для выявления этих генетических корней они использовали филогенетический анализ, чтобы построить генные деревья на основе результатов по SWS1, и сравнили сигнатуры отбора между разными экологическими нишами, такими как эхолоцирующие и неэхолоцирующие виды, обитающие и не обитающие в пещерах.

Когда ген SWS1 присутствует и функционирует, авторы подтвердили, что он дает летучим мышам способность видеть в УФ-свете. Анализ спектральной настройки 11 сайтов, ответственных за светочувствительность в гене опсина SWS1 как у предковых, так и у ныне живущих видов, подтверждает наличие УФ-зрения у летучих мышей. Этот зрительный пигмент был чувствителен к УФ у всех летучих мышей с момента их расхождения с другими плацентарными млекопитающими около 78 млн лет назад.

Важно, что новые данные ясно показывают: потеря функции гена SWS1 не всегда связана с приобретением продвинутой эхолокации, как предполагалось ранее.

Для других зрительных генов было обнаружено, что среди 45 изученных видов ген опсина MWS/LWS высококонсервативен среди линий и находится под сильным эволюционным давлением для сохранения своей функции. Анализ спектральной настройки 5 аминокислотных сайтов, ответственных за λ max, показал, что большинство зрительных пигментов MWS/LWS у летучих мышей настроены на длинную волну (~555–560 нм). Это говорит о том, что, несмотря на приобретение гортанной эхолокации и долгую историю ночного образа жизни, ген опсина MWS/LWS эволюционировал под очень сильным функциональным ограничением.

Большинство видов летучих мышей способны видеть как в УФ, так и в средней части цветового спектра, что указывает на важность зрения как средства сенсорного восприятия даже для эхолоцирующих ночных летучих мышей. Однако приобретение самого продвинутого типа эхолокации совпадает с потерей УФ-зрения у большинства летучих мышей, и, что удивительно, обитание в пещерах приводит к потере УФ-зрения у неэхолоцирующих линий. Это свидетельствует о том, что сенсорные компромиссы сложнее, чем считалось ранее.