سوئیچ ژنتیکی در پشت دنیای بصری رنگی پیشرفته پروانه

توسط ماریو آگیلرا، دانشگاه کالیفرنیا - سن دیگو

ویرایش شده توسط لیزا لاک، بررسی توسط رابرت ایگان

این مقاله با توجه به روند و سیاست‌های ویرایشی Science X بررسی شده است. ویراستاران ضمن اطمینان از اعتبار محتوا، ویژگی های زیر را برجسته کرده اند:

بسیاری از حشرات دنیا را از طریق صدها عدسی کوچک می بینند که در یک اندام بینایی به نام چشم مرکب در کنار هم قرار گرفته اند. در پشت هر عدسی، خوشه‌ای از هشت سلول تشخیص نور قرار دارد که در الگویی قرار گرفته‌اند که دانشمندان معتقدند برای صدها میلیون سال وجود داشته است.

پروانه ها استثنای نادری هستند. آنها مجهز به 9 سلول تشخیص نور هستند که به آنها توانایی می دهد تا به صورت بصری در دنیای رنگی بسیار غنی تر از حشراتی مانند مگس حرکت کنند و به آنها امکان می دهد شهد و جفت های احتمالی را پیدا کنند.

دانشمندان در آزمایشگاه مایکل پری، دانشیار دانشکده علوم زیستی در دانشگاه کالیفرنیا سن دیگو، اصلاح ژنتیکی را کشف کردند که به پروانه ها این مزیت بصری را داد.

پری، یکی از اعضای هیئت علمی دپارتمان سلولی و زیست شناسی تکاملی، گفت: پروانه ها بسیار بیشتر از مگس ها رنگ می بینند زیرا در مرحله ای از تکامل خود یک گیرنده نوری را به هر واحد چشم مرکب خود اضافه کردند - یک شکست نادر از طرح چشمی که صدها میلیون سال است در بین حشرات حفظ شده است. ما کلید ژنتیکی را پیدا کردیم که این کار را انجام داد.

در مطالعه‌ای که در مجله Science Advances منتشر شد، پری و همکارانش مراحل ژنتیکی در پیدایش گیرنده نوری نهم را در پروانه‌های بانوی نقاشی شده شناسایی کردند، که گسترده‌ترین گونه پروانه در جهان است. محققان دریافتند در حالی که مگس‌ها دارای سلول‌های حسگر نور هستند که به عنوان گیرنده‌های نوری R1-R8 شناخته می‌شوند، پروانه‌ها با افزودن یک گیرنده نوری دوم R7 به هر واحد چشم، دید رنگی خود را گسترش دادند.

برای آزمایش اینکه آیا این تغییر ژنتیکی به خودی خود کافی است یا خیر، آن‌ها آن را در مگس میوه بازآفرینی کردند – ژنی را در سلول‌هایی که معمولا آن را خاموش نگه می‌دارند روشن کردند و زمان‌بندی آن را به پنجره کوتاه زمانی که چشم در حال ساخت است، گذاشتند. این یک "مگس پروانه ای" تولید کرد که چشمانش را روی طرح پروانه رشد می دهد، با نه سلول در هر واحد چشم به جای هشت.

اگر مغز نتواند به اطلاعات جدید ارائه شده توسط آن آشکارساز متصل شود، یک آشکارساز نور جدید در چشم هیچ فایده ای نخواهد داشت. دانشمندان فرض کردند که افزودن یک ورودی حسی مانند یک واحد گیرنده نوری جدید باید به مغز نیاز داشته باشد تا به آرامی یک شریک عصبی منطبق را تکامل دهد که اطلاعات را از طرف دیگر دریافت کند. محققان دریافتند که این اتفاق نیفتاد. در کمال تعجب، هیچ تغییر انطباقی مورد نیاز نبود.

مغز مگس به طور منظم نورون‌هایی را بیش از حد تولید می‌کند که اگر نتوانند ارتباطی پیدا کنند، از بین می‌روند. آنها دریافتند که مغز این مگس پروانه دقیقا می‌دانست که چگونه با استفاده از نورون‌های "آماده به کار" اضافی، گیرنده نوری جدید را مدیریت کند.

پری می‌گوید: «وقتی به آن نورون‌های یدکی چیزی دادیم تا به آن‌ها متصل شوند، آن‌ها به درستی – بلافاصله – بدون تغییر ژنتیکی بیشتر زنده ماندند و سیم‌کشی کردند. "به عبارت دیگر، مغز قبل از اینکه چشم بپرسد آماده بود. این یک مورد نادر و ملموس از تکامل است که از نورون هایی استفاده می کند که در غیر این صورت می مردند."

یافته‌های مطالعه جدید نشان می‌دهد که چگونه حشرات، با چارچوب مغزی انعطاف‌پذیر، توانستند ورودی‌های جدید را تطبیق دهند و از طریق تکامل با نیازهای نوظهور در محیط خود سازگار شوند: توانایی افزایش یافته برای دیدن گیاهان گلدار.

این تیم همچنین یک پروانه شاهین را پیدا کرد که به نظر می رسد بخشی از همان انتقال است: نیمه پایینی چشم آن پروانه مانند است، با دو تا از این سلول ها در هر واحد، در حالی که نیمه بالایی شبیه مگس است، با یکی. اگر تغییر در یک ناحیه از چشم شروع شود و گسترش یابد، تقریبا همان چیزی است که انتظار دارید.

تیم تحقیقاتی اکنون در حال بررسی سوالات بی‌پاسخ دیگری هستند، مانند این که آیا مگس پروانه می‌تواند در واقع مانند پروانه‌ها، رنگ‌های زنده‌تری را با گیرنده نور اضافی ببیند یا خیر.

Ke Gao و همکاران، گسترش گیرنده حسی و سازگاری عصبی در دید رنگی پروانه، پیشرفت های علمی (2026). DOI: 10.1126/sciadv.aei7570

ارائه شده توسط دانشگاه کالیفرنیا - سن دیگو

لیسانس تاریخ هنر، کارشناسی ارشد فرهنگ مادی. سردبیر سابق موزه، پیراپزشک و هماهنگ کننده پیوند. ویرایش برای Science X از سال 2021. نمایه کامل →

لیسانس زیست شناسی ریاضی، کارشناسی ارشد در نوشتن خلاق. خوش سفر با دیدگاه های منحصر به فرد در علم و زبان. نمایه کامل →