[PHYS ORG] 새로 발견된 칠성장어의 2세포 색 감지 시스템은 색각의 진화에 대한 단서입니다.

일본 연구진은 칠성어를 사용하여 포유류가 아닌 척추동물에서 송과체라고도 하는 송과체 기관의 광감각 메커니즘을 분석하고 두 가지 유형의 광수용체 세포, 각각은 두 개의 다른 옵신을 포함하며 색상을 감지하는 데 사용됩니다. 이 발견은 인간의 색각을 포함하여 다른 동물의 색 감지 진화에 대한 통찰력을 제공할 수 있습니다.

포유류가 아닌 대부분의 척추동물은 색상 뇌의 송과체 기관에 있는 탐지 시스템 단세포. 오사카시립대학 이학대학원 생물학 및 지구과학부의 새로운 연구인 나라여자대학과 공동으로 칠성장어에서 2세포계를 발견했습니다. 턱 없는 물고기 척추동물 중 많은 원시적 특징을 유지합니다. 연구 그룹은 대부분의 어류와 파충류에서 단일 세포 색상 감지가 2세포 시스템에서 진화했다고 제안했습니다.

연구 그룹은 이전에 칠성어와 달리 어류와 파충류의 송과체 기관이 단일 세포에 위치한 옵신이라는 두 가지 유형의 빛에 민감한 단백질을 통해 색상을 감지한다는 것을 보여주었습니다. Akihisa Terakita 교수가 주도한 이번 새로운 연구에서는 어류와 파충류의 단일 광수용체 세포에 존재하는 UV에 민감한 파라피놉신과 녹색에 민감한 파리에톱신이 칠성장어의 별도 세포에서 발현된다는 것을 발견했습니다.

그들의 연구 결과는 BMC 생물학.

“눈 외에 물고기와 파충류는 송과체라고 하는 “제3의 눈”을 사용합니다. 송과체코야나기 미츠마사 교수는 “이러한 새로운 결과를 바탕으로 우리는 두 개의 세포로 분할된 송과체 기관의 색 검출 메커니즘이 진화 과정에서 단일 세포로 통합되는 놀라운 시나리오를 제안했다”고 말했다.

이 연구에서 팀은 칠성어의 송과체 색 감지 시스템을 분석하고 어류와 파충류에서 발견되는 단세포 시스템과 비교했습니다. 그들은 DNA 시퀀싱을 통해 칠성에서 단일 세포 시스템에서 발견되는 2개의 옵신을 암호화하는 유전자 세트를 확인했습니다. 놀랍게도, 단백질 유전자 발현의 분석은 이러한 옵신이 별도의 세포에서 발현된다는 것을 발견했습니다. Seiji Wada 박사는 “이는 칠성어의 송과체 기관이 단일 세포 시스템이 아니라 두 가지 유형의 옵신이 서로 다른 광수용체 세포에 존재하는 시스템임을 시사합니다.”라고 말합니다.

연구팀은 이전 연구에서 단일 세포 시스템이 자외선을 받으면 과편극 반응을 일으키고 가시광선에 반응하여 탈편극 반응을 일으킨다는 것을 알고 있었다. 세포 반응에 대한 전기생리학적 분석은 칠성 2세포 시스템도 같은 방식으로 UV와 가시광선에 민감한 것으로 나타났습니다.

Akihisa Terakita 교수는 “더 원시적인 칠성에서 발견한 것과 유사한 2세포 시스템이 어류와 파충류의 단세포 시스템의 진화적 조상일 수 있다는 가설을 더욱 확고히 하기 위해 빛 정보를 세포 반응으로 전환하는 데 관여하는 단백질을 조사하십시오.”

Gt and Go라고 불리는 연구팀은 면역조직화학분석을 통해 제브라피쉬에 대한 이전 연구에서 확인된 이들 단백질이 단일 세포 시스템에서 UV 및 가시광 응답 세포에 의해 사용되는 단백질에서 동일한 반응을 담당한다는 것을 발견했습니다. 2셀 시스템.

이전 연구에서 팀은 인공 조명의 다양한 강도에서 단일 세포 시스템에 대한 광 수용체 반응을 확인하여 강한 조명 조건에서도 잘 작동함을 보여주었습니다. 이 진화적 변화에 대한 잠재적인 이점을 명확히 하기 위해 팀은 두 세포의 신경 전달 물질을 조사했으며 UV 및 가시광선에 민감한 세포가 동일한 신경 전달 물질을 사용하여 각 신호를 다음 세포에 통합하여 색상 정보를 생성한다는 것을 발견했습니다. “우리는 신경 전달 물질 수준에서의 통합 과정이 강한 조명 조건에서 신호 대 잡음비를 악화시킬 수 있다고 믿습니다.”라고 Seiji Wada는 말합니다.

이 발견이 펼쳐지는 많은 가능성 중에서 팀은 인간의 눈으로 볼 수 있는 의미에 초점을 맞췄습니다. 시력을 담당하는 눈과 시력 이외의 기능을 담당하는 송과체는 기원이 같습니다. 라는 생각 송과체 기관의 색 감지 시스템은 다세포에서 단세포 시스템으로 진화한 반면, 눈은 여러 신경 회로를 처리하기 위해 복잡한 신경 회로를 진화시킨 것으로 생각됩니다. 세포, 시각적 및 비시각적 기능에 대한 이해를 촉진해야 합니다. 이 진화적 통찰력은 색맹 문제를 해결하기 위해 복잡한 다세포 시스템을 재구성하는 데 국한되지 않고 단일 세포 시스템으로 결합하는 것이 미래에 옵션이 될 수 있음을 시사합니다.

오사카시립대학 제공