Synsinnet började utvecklas för 500 miljoner år sedan

Synsinnets evolution har i stor utsträckning skett tack vare extra gener som uppstod i samband med ryggradsdjurens uppkomst för 500 miljoner år sedan. Resultaten belyser hur ryggradsdjuren kan reagera snabbt på ljus under olika ljusförhållanden. Det visar en ny studie av en forskargrupp vid Uppsala universitet och SciLifeLab som publiceras i den vetenskapliga tidskriften BMC Evolutionary Biology.

Studien är ledd av Xesús Abalo och Dan Larhammar, institutionen för neurovetenskap vid Uppsala universitet och SciLifeLab.

Varseblivning av ljus är av avgörande betydelse för de artrikaste djurgrupperna på vår planet, inklusive ryggradsdjuren. Evolutionen selekterade fram ett kameraliknande öga i de första ryggradsdjuren där detektion av ljus sker i tappar och stavar i ögats näthinna. Signalen skickas vidare från själva ljusreceptorerna via flera andra proteiner och når så småningom synnerven som förmedlar informationen till hjärnan för vidare bearbetning och integrering med de övriga sinnena. Syninformationen bidrar till att organismen reagerar på olika ljusstimuli på lämpligt sätt, exempelvis genom beteendeförändringar.

För tjugo år sedan visade studier av ljusreceptorer, mottagare, att färgseende, som förmedlas av tapparna, uppstod före de första ryggradsdjuren och före uppkomsten av deras seende i gråskala i mycket svagt ljus. Detta bekräftades nyligen av forskningsteamet Abalo & Larhammar i en detaljerad studie av ljusreceptorernas evolution i olika typer av ryggradsdjur (Lagman and Ocampo Daza et al., 2013).

I den nya studien har forskningsgruppen har gått vidare och undersökt evolutionen av de enzymer som åstadkommer tapparnas och stavarnas respons på ljus, nämligen enzymet PDE6 (phosphodiesteras 6). Resultaten visar att även PDE6 fick extra genkopior i samband med ryggradsdjurens uppkomst. Därtill uppstod ytterligare gener i de första strålfeniga fiskarna efter att de separerat från den utvecklingslinje som ledde till de fyrfota djuren inklusive människan.

Noggranna undersökningar av de olika PDE6-generna i zebrafisk, ett av de mest använda försöksdjuren, visar att de extra genkopior som uppstod i fiskarna skiljer sig dramatiskt från varandra i hur de används under dygnets timmar. Sannolikt möjliggör detta att PDE6-enzymet kan anpassa känsligheten hos tapparna och stavarna så att den är optimal i både starkt dagsljus och under nattens svaga ljus.

Sammantaget understryker de nya resultaten betydelsen av de extra genkopior som uppstod i ryggradsdjurens tidiga evolution då hela genomet, arvsmassan, fördubblades två gånger.

Länk till artikeln: Evolution and expression of the phosphodiesterase 6 genes unveils vertebrate novelty to control photosensitivity

Ytterligare information: Dr. Xesús M. Abalo, institutionen för neurovetenskap, Uppsala universitet och SciLifeLab. 
E-mail: xesus.abalo@neuro.uu.se, mobil: 0736-15 46 01