螳螂虾的眼睛如何感知颜色

研究人员分析了螳螂虾复杂眼睛中的17种视觉色素，发现了两种吸收红光的蛋白质。[图片：Michaël Bok]

螳螂虾拥有整个动物界中最不寻常、最复杂的视觉系统之一。它们高度灵活的眼睛至少有12种光感受器细胞，而人类只有4种，某些物种甚至能探测圆偏振光。

现在，一个国际研究团队分析了螳螂虾眼睛中参与色彩感知的17种视觉色素，发现了两种吸收红光的蛋白质，它们可以利用不同波长的光开启和关闭（Sci. Adv., doi: 10.1126/sciadv.aef5666）。高效的红光探测在动物中极为罕见，这些蛋白质有可能在光遗传学实验中用作分子开关，调节疾病信号通路。

远红光敏感性

视觉色素存在于眼睛的光感受器中，通过将光能转化为电信号来帮助动物探测光线。它们由一种光敏发色团和一种称为视蛋白的蛋白质组成，视杆光感受器细胞中的视觉色素被称为视紫红质。研究人员旨在揭示多种视紫红质如何在螳螂虾物种 Neogonodactylus oerstedii, found in the Caribbean.

“这项研究的动机是 好奇心——探索迄今为止在无脊椎动物眼睛中发现的数量最多的视紫红质的功能和作用，”研究作者、比利时 GIGA-ULiège 研究员 Marjorie Liénard 说。

Liénard 和她的同事们在体外测量了视紫红质的光敏感性和信号传导机制，避开了眼睛巨大的复杂性，主要从眼的中带区域选取了17个进行分析。该区域有六行小眼，即感光细胞簇，其中第一至第四行介导颜色辨别，第五行和第六行负责偏振视觉。

“除了许多在光谱敏感性上与我们人类绿色视锥视紫红质相似的绿色视紫红质外，还有三个在可见光谱的红端吸收，其中两个是双稳态的——也就是说，它们可以被红光和蓝光光子开启和关闭，”Liénard 说。

下游应用

共有四个视紫红质表现出双稳态，显示出在两个稳定状态之间进行可逆的光驱动转换的能力，而无需外部细胞机制来再生。除了两个红色视紫红质外，两个蓝色视紫红质也可以用蓝光和橙光开启和关闭。

这种双稳态表明这些光受体能够快速运作并重置，可能是为了适应水下光量和光谱的快速波动。有趣的是，螳螂虾的视蛋白属于G蛋白偶联受体（GPCR）家族，这是人类膜蛋白中最大的家族，也是一类重要的药物靶点。

“这些光敏受体与许多在人类组织和细胞类型中发现的G信号蛋白偶联，”Liénard 说。“经过潜在的优化，它们可能为研究人类G信号通路提供有趣的特性。红光比蓝光更深地穿透组织，这可能是特定下游应用的一个优势。”