【生物基因】水母眼睛解開視覺演化之謎

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Cladonema radiatum水母,箭頭處是牠的眼睛。

■ 兩隻水母在海裡相撞,水母A罵道:「走路不長眼睛呀!」水母B則問:「什麼是眼睛?」A說:「不知道!上次我撞到別人的時候他也是這樣罵我的。」其實水母不只有眼睛,還非常精細發達。生物學家研究水母的視覺基因,可望解開視覺演化之謎。

編譯 ∣ Gerda

  眼睛是演化的奇蹟之一,達爾文稱之為「極致完美的器官」。但在動物界裡五花八門的各種眼睛形式到底是來自於單一的起源,還是有數十種不同的源頭,則一直爭論未休。

  最近一項有關水母視覺基因的研究指出,視覺構造很可能只有單一源頭。早在脊椎動物與無脊椎動物分流前,水母的祖先便已悠游於古代海洋中,是一種歷史綿長久遠的生物。瑞士巴賽爾大學細胞生物學家葛興(Walter Gehring)表示,儘管眼睛後來有多次分化發展,但都可以追溯到同一個原型(prototype)。

  這項研究2010年6月27日發表在美國國家科學院學報(Proceedings of the National Academy of Sciences)上,由葛興領導的研究團隊從一種叫做Cladonema radiatum,有著極度精密眼睛的水母身上分離出基因,這些基因屬於Pax家族。

  在過往研究中,葛興已發現了一種叫做Pax-6的基因,它被認為是生物體視覺發展的「主調節器」,簡單自果蠅、複雜至人類與老鼠,要發展出眼睛都得仰賴它。若事情果真如此,那麼視覺的起源或許來自同一個源頭------但是水母身上找不到Pax-6基因,因此較高等生物的眼睛還是有可能是獨立演化出來的。

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這不雅的圖片是果蠅被植入水母基因後長出眼睛的樣子。(箭頭處是多出來的眼睛)

  葛興的團隊又找到了好幾種Pax基因。當他們把Pax基因轉植到果蠅身上時,果蠅長出了多餘的眼睛。顯示Pax-6不是一切生物共通的基因,「整個Pax家族」才是。

  「我們相信眼睛在同一個門之中演化出來,」葛興說,「所有高等生物都有Pax-6,而水母則有Pax-a或Pax-b。」

野生俄羅斯娃娃假說

  接下來的問題是,Pax基因與它構成的結構從何而來。葛興認為,Pax基因透過水母與渦鞭毛藻(dinoflagellates)的共生關係抵達前者體內。渦鞭毛藻是一種單細胞海底浮游生物,其中一部份在單個細胞內便具有與人體近似的眼睛結構。他推測,水母吸收渦鞭毛藻,而渦鞭毛藻吸收含有Pax基因的紅海藻,紅海藻又吸收對光線敏感的藍綠藻。一層一層地吸收,就像「野生俄羅斯娃娃」一般。

  接下來,葛興團隊的目標是在水母基因組中,尋找渦鞭毛藻基因。他表示:「演化機制是很保守的,只有運作順暢的機制才會派上用場。」

原文出處:Flexibly deployed Pax genes in eye development at the early evolution of animals demonstrated by studies on a hydrozoan jellyfishPNAS
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