Cómo saltaron ‘,’ moléculas de una rana y ‘se arrastraron,’ evolucionando visión violeta

La rana africana tomó un camino evolutivo extraña para cambiar desde el ultravioleta al violeta visión

Ciencias de la Salud de Emory

La rana africana tomó un camino evolutivo extraña para cambiar desde el ultravioleta hasta el violeta más vision.view

Crédito: Foto por Brian Gratwicke

La rana de uñas africana es la lengua-less, tiene, dedos de los pies y los ojos que se alza en la parte superior de su cabeza con curvas largas, pero eso no es todo lo que es raro en ella. Esta especie de rana también tomó un camino evolutivo extraña para cambiar la visión desde el ultravioleta al violeta: Algunos de sus moléculas de pigmento visual siguieron tratando de saltar por delante, pero otras moléculas de ellos cerró y se mantiene el proceso se mueve a paso de tortuga.

Ciencia Advancespublished las interacciones moleculares completos implicados en la vía, como se detalla en un estudio dirigido por Shozo Yokoyama, un biólogo de la Universidad de Emory que se especializa en la evolución de adaptación de la visión.

“Es el más extraño, y sofisticado, caso de la evolución visión de los colores que me he encontrado,” dice Yokoyama, que anteriormente dirigió los esfuerzos para construir la más amplia árbol de la evolución de la visión, incluyendo 500 especies de animales, desde las anguilas a los seres humanos .

“Esta rana tenido estas peculiaridades de cambio molecular rápida, pero también tenía algo para controlar estas peculiaridades,” dice. “De hecho, tenía una triple protección.”

Cinco clases de genes opsina codifican pigmentos visuales para la tenue luz y la visión del color. Partes y piezas de los genes opsina cambian y se adapta la visión como el entorno de una especie cambios.

La radiación ultravioleta (UV) da una visión, visión bi-cromático de alto contraste del mundo que puede ser útil para muchos comportamientos básicos. Los ratones, por ejemplo, son principalmente nocturnos y marcan su territorio con la orina y las heces que refleja la luz UV para otros ratones. Por desgracia para los ratones, sin embargo, muchos de sus depredadores son también sensibles a los rayos UV por lo que, también, pueden detectar estos síntomas de los ratones con mayor facilidad.

visión violeta, o la capacidad de ver la luz azul, proporciona una mejor resolución y detalles de colores en una escena. Entre las posibles razones por las que evolucionaron a partir de las ranas UV a violeta sensibilidad puede haber sido para darles una mejor visión de las potenciales parejas. También puede haber mejorado su capacidad de seleccionar los depredadores – como una serpiente verde en medio de las hojas verdes.

En una investigación previa sobre la rana africana, Yokoyama y sus colaboradores habían identificado algunas de las mutaciones genéticas implicadas en el proceso de cambio de la rana de la visión UV para su función actual de la visión violeta. También notaron que el sitio aminoácido 113 de este pigmento de la rana africana había cambiado a partir de ácido glutámico a ácido aspártico.

“De todas las especies del reino animal que se han estudiado, terreno de 113 se compone de ácido glutámico, pero esta rana había cambiado terreno de 113 a ácido aspártico,” dice Yokoyama. “¿Por qué lo hace? Esta pregunta era muy misterioso e interesante para mí. Lo que tiene de especial esta rana?”

Yokoyama estudia moléculas ancestrales para desentrañar los secretos de la evolución adaptativa. El largo proceso involucra equipos de colaboradores para estimar primera y sintetizar las proteínas y pigmentos de una especie ancestral, a continuación, realizar experimentos en ellos. La técnica combina la microbiología con el cálculo teórico, la biofísica, química cuántica y la ingeniería genética.

Para el presente trabajo, él y sus co-autores encontraron que 12 mutaciones estaban involucrados en cambio la visión de la rana. Estos 12 cambios moleculares podrían tener 500 millones de posibles combinaciones de las vías que conectan la visión y la visión ancestral UV violeta de la rana. Los investigadores reducido el problema y se centró en los cambios en las seis capas de transmembranas donde se ubican las 12 moléculas en el proceso. Ese enfoque reduce el número de posibles vías de evolución a 720.

Que luego se ensamblan “quimeras” moleculares entre los pigmentos ancestrales y la rana de todas estas vías. Los expertos evaluaron cómo las moléculas funcionaban en todas las diferentes combinaciones, de afinar en la vía correcta.

Los resultados mostraron que las mutaciones que se produjeron en transmembranas cuatro, cinco y seis sucedido temprana durante el proceso evolutivo. No fue hasta millones de años más tarde, sin embargo, que estas mutaciones entraron en juego.

Las mutaciones que se producen en dos transmembrana causados ??pequeños cambios en el rango del espectro de luz que detecta el pigmento. Las mutaciones que ocurren temprano en la evolución de transmembrana tres, sin embargo, donde reside el sitio 113, causó un gran aumento en el rango de onda de luz – a partir de 400 nanómetros a 600 nanómetros.

“El rápido cambio no es conveniente evolutivamente”, dice Yokoyama. “De hecho, puede ser un desastre.”

Se utiliza el ejemplo de salir de un cine a oscuras en un día soleado, y ser cegado temporalmente hasta que sus ojos se adapten al nuevo entorno.

Tres veces, las moléculas transmembrana en tres mutado que causa un gran salto hacia la sensibilidad violeta. La primera vez que sucedió, transmembrana cinco entró en juego, la reducción de la estructura molecular del pigmento y por lo que es no funcional.

La segunda vez que transmembrana tres mutado, el lanzamiento de otro salto, transmembrana de seis entró en acción, una vez más la reducción de la estructura molecular. La tercera vez transmembrana tres intentó dar el salto evolutivo, el número cuatro apagarlo mediante la destrucción de una estructura química fundamental del pigmento.

El pigmento rana esencialmente poner el freno temprana durante el proceso evolutivo de las mutaciones a partir de ácido glutámico a ácido aspártico en el sitio 113. Sólo hacia el final del proceso de qué el pigmento aceptar el sitio 113 turnos. Para entonces, explica Yokoyama, los cambios en el espectro de luz de la rana ya no eran un gran salto. En su lugar, eran sólo 15 nanómetros.

“El proceso humano de la evolución de los rayos UV a la visión violeta era mucho más sencillo y directo,” dice Yokoyama. “La historia de esta rana está lleno de misteriosos giros y vueltas. Una serie de extrañas coincidencias que sucedió en el momento adecuado, en el lugar correcto, para las especies adecuadas. “

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