我们的视觉细菌起源于5亿年前

　　加州大学圣地亚哥分校的科学家们已经将一种独特的蛋白质的起源追溯到5亿年前的外来细菌来源，这种蛋白质被认为是脊椎动物照相机般的视觉的关键。

　　

新的发现表明，脊椎动物在5亿多年前从细菌中获得了一种独特的蛋白质。

人类和其他骨干生物拥有进化的奇迹:眼睛的运作方式与照相机类似，提供了一个精细调节的视觉系统。Charles Darwin承认，眼睛的复杂性是他通过渐进进化步骤进行自然选择理论的一个重大潜在障碍。

脊椎动物和无脊椎动物在视觉能力上的区别可以追溯到一种独特的蛋白质。这种蛋白质负责在视觉中起重要作用的特化细胞。这种被称为the的蛋白的突变已被认为会导致多种疾病，如视网膜色素变性，但其进化起源仍然难以捉摸，没有明显的遗传前体。

加州大学圣地亚哥分校生物科学学院的科学家们在《PNAS》上发表文章称，他们现在已经将脊椎动物IRBP的起源追溯到5亿年前的细菌来源。他们使用系统发育重建方法的发现之所以成为可能，是因为现在有越来越多的完整详细的基因组可供使用。他们对生命之树上900多个基因组的分析表明，脊椎动物眼睛中的IRBP整合不是传统的垂直基因转移的结果，在这种转移中，进化进步是适应的，或者使用可用的遗传物质进行“修补”。相反，IRBP是通过外源细菌基因的水平基因转移获得、复制和整合的。

该论文的通讯作者、生物科学副教授Matt Daugherty说:“这是一个巨大的转变，因为这是一种全新的遗传物质，是从细菌中引入的。”前加州大学圣地亚哥分校本科生Chinmay Kalluraya领导了这项研究，加州大学圣地亚哥分校的研究生Alexander Weitzel和Brian Tsu贡献了计算专业知识。“这项研究表明，将脊椎动物的眼睛与其他所有眼睛区分开来的重大创新并不是通过分子修补完成的，而是基因创新的一大飞跃。”

一旦最终成为IRBP的关键基因从细菌中获得，脊椎动物体内就打开了一扇新的大门，允许类维甲酸(眼睛中直接感知光线的分子)在细胞类型之间穿梭，以有效地回收它，以进一步感知光线。这种光接受或光感应的分离和类视黄醛的循环为脊椎动物提供了独特的功能和它们的视觉方式。

“为了看到不同波长的东西，周围需要足够的光线，这就是为什么我们在黑暗中也能看得很清楚的原因之一——我们有这种酶循环系统，而许多无脊椎动物似乎没有，”分子生物系的研究员Daugherty说。“眼睛是多样而复杂的，因为这个系统，我们已经沿着这条路走了下去。”

随着来自更多生物体的更多基因组变得可用，研究人员相信，其他关键功能和系统也将类似地追溯到细菌的根源。

Daugherty说:“这改变了我们对进化的看法，也改变了我们对那些似乎凭空出现的复杂结构的看法。”

参考文献: 

Bacterial origin of a key innovation in the evolution of the vertebrate eye” by Chinmay A. Kalluraya, Alexander J. Weitzel, Brian V. Tsu and Matthew D. Daugherty, 10 April 2023, Proceedings of the National Academy of Sciences