人类基因让老鼠产生全新彩色视觉 Genetic Studies Endow Mice with New Color Vision http://www.hhmi.org/news/nathans20070323.html March 23, 2007 虽然老鼠，一如大多数哺乳类，通常只能以有限的色彩观看世界 -- 类 似大部分罹患红绿色盲者所见 -- 科学家经由引入单一人类基因到老鼠 的染色体当中，改变了牠的视觉。这段人类的感光基因编码，在正常的 老鼠体内是不会出现的，而插入它以後，让老鼠的视力变成彩色。 一项於 March 23, 2007 出版的 Science 上所发表的研究中，Johns Hopkins 医学系，Howard Hughes 医学研究所与加州大学圣塔芭芭拉分 校的研究者证明，在一系列设计精巧的彩色视觉测试当中，基因改造能 使老鼠能看见并且区分更宽广的光谱。这些试验是要测试那些经过基因 改造的老鼠是否能够有效的处理，牠们眼中新的光受体（photoreceptor ）所产生的感知资讯。在哺乳动物之间，这样复杂的视觉只在灵长类当 中发现，也因此老鼠的大脑没必要演化出区分这些颜色的能力。 这些经过基因工程而获得新能力的老鼠指出，哺乳类动物的大脑拥有相 当灵活的弹性，那允许一个近乎瞬间升级的复杂彩色视觉出现，该研究 的首席作者 Gerald Jacobs 与 Jeremy Nathans 表示。 这三十年来，彩色视觉的演化已经变成一个受到密集研究的主题。这项 新研究，是迄今最可靠的一项研究，它照亮了导致三色视觉浮现的最初 阶段 -- 这种多样化的彩色视觉出现在今日大部分的灵长类当中，包括 人类。 "What we are looking at in these mice is the same evolutionary event that happened in one of the distant ancestors of all primates and that led ultimately to the trichromatic color vision that we now enjoy," Nathans 表示。 三色视觉是依赖视网膜中三类光受体细胞，它们会优先吸收不同波长的 光线。这些细胞称为锥状细胞，而且每一种都包含了特殊种类的光吸收 感应蛋白。短波长感光（Short-wavelength-sensitive (S)）锥状细胞 对於蓝光最敏感；中波长感光（medium-wavelength-sensitive (M)）锥 状细胞对於绿光最敏感，而长波长感光（long-wavelength-sensitive (L)）锥状细胞则对於红光最敏感。大脑在比较 S, M, L 的光受体回应 之後，会评估做出相对应等级的活化，那导致我们感知某种颜色。 大部分哺乳类，包括老鼠，都只有二色（dichromats）视觉，只能处理 S 与 M 的锥状感光色素（pigments）。其结果是，牠们只能分辨人类所 能区分的一小部份波长。剑桥大学的 John Mollon 提出，三色视觉的演 化，能让灵长类分辨出未成熟的水果，那通常是绿色，以及红色、橘色 的成熟水果。在互惠的情况下，那些成熟水果的颜色也可能跟灵长类的 三色视觉共同演化，因为那些可以分辨并吃下成熟水果的动物，也能够 帮助植物散播种子。 Nathans，Johns Hopkins，Howard Hughes 医学研究所的研究员，研究 出人类 S, M, L 的感光色素结构，并在 1980 年代开始研究人类彩色视 觉的遗传基础。在此同时，UCSB 的 Jacobs 破解了特殊的基因机制，那 引发新世界（南美）灵长类产生三色彩色视觉。合起来说，他们的研究 提出，新世界猴所拥有的三色彩色视觉，也可能是在旧世界（非洲）灵 长类之间，包括人类，所发现类型（form）的演化先驱。 在目前的研究当中，研究者开始复制，大部分科学家已考虑过的，在灵 长类三色彩色视觉演化当中最关键的一步：L 受体基因的引入。他们的 目标是决定，基因是否能单独的改变动物的知觉感知。"目前还不明白， " Jacobs 解释，"是否光靠加入一个感光色素，就足以产生新的彩色视 觉尺度，或是否你需要另外在神经系统当中做一些改变。" 在 2003 年，Nathans 与 Jacobs，协同哈佛大学的 Markus Meister， 提出在 M 受体基因部位，携有 L 受体基因之基改老鼠的初步研究报告 。因为这些基因位在 X 染色体上，它们很容易受到一种称为 X 染色体 钝化（inactivation）过程的限制。在哺乳类中，每一个雌性当中的细 胞都有 X 染色体，而雄性只有一个。X 钝化只会在雌性身上产生，导致 每个细胞其中一个 X 染色体上的基因全部压抑（silence）的结果。因 为不同的细胞会选择压抑其中一个 X 染色体，所以被改造成拥有一份 M 与 L 受体基因拷贝的雌鼠，会在某些锥状细胞表现 M 受体，其他锥 状细胞则表现 L 受体。这两种不同类型的锥状细胞会在视网膜表面相互 混杂。这些依赖基於 X 钝化以在不同锥状细胞当中产生 M 与 L 受体的 机制，很像 Jacobs 早先在新世界灵长类中所确认的。在目前的实验中 ，研究者挑选 M 与 L 锥状细胞比率粗略向同的老鼠，并与正常视力的 老鼠进行比较。 Jacobs 在 UCSB 的小组，发展出行为测试，以决定雌鼠是否能够藉由比 较 M 与 L 锥状细胞之间的相对对活性，区分不同色彩的光。该小组进 行了上万次的测试，在其中，不同波长，或强度的光汇出现在三个测试 板上。当老鼠正确的确认出哪一个板与其他二者不同，研究者会赏牠一 滴豆奶。经过基因改造的老鼠，以超过 80% 的正确率证明牠们的新视力 。相较之下，一般的老鼠，其正确率只有 1/3（亦即随机瞎猜）。 根据这些科学家表示，他们的发现不只是涉及彩色视力的演化，还包括 了一般知觉系统的演化。先前的视觉、嗅觉与味觉系统实验已提出，引 入一种新的知觉受器可以扩展动物的知觉感知，同时改变牠们的行为与 神经活性，Jacobs 提到，这项新研究，是首次证实，这些简单的基因改 变，可以有更深远的影响（译注：说不定老鼠可以改造成鼠人）。"单单 藉由改变受体蛋白，你不只是能够扩展一只动物所能感觉的资讯范围， 而且，如果神经系统具有如同我们在老鼠当中所见的可塑性，你可以得 到全新尺度的体验，" 他解释。 "我们观察到，老鼠的大脑可以用这些资讯做出光谱的区分，这意味着， 在受体基因当中的改变，很可能具有立即选择性的价值，这不只是因为 他们扩展了可察觉的刺激范围或种类，也因为牠们允许一个具可塑性的 神经系统，兹以区分新旧之间的刺激，" 作者在 Science 当中的论文写 道。"额外的基因改变，重新定义了下游的神经回路，以产生更有效的额 外知觉资讯，能接着流传许多代。" ※ 这个研究相当重要，暗示可以增强我们的感知能力。 ＊ A Single Gene Gives Mice a New Dimension of Color Vision http://www.hhmi.org/news/popups/nathans20070323_pop.html ＊ Emergence of Novel Color Vision in Mice Engineered to Express a Human Cone Photopigment http://www.sciencemag.org/cgi/content/abstract/315/5819/1723 Gerald H. Jacobs, Gary A. Williams, Hugh Cahill, Jeremy Nathans Science 23 March 2007: Vol. 315. no. 5819, pp. 1723 - 1725 DOI: 10.1126/science.1138838 -- 本文转录自 http://www.wretch.cc/blog/fsj/6549807 该blog采 Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Unported 授权 --

※ 发信站: 批踢踢实业坊(ptt.cc) ◆ From: 218.160.177.193