推 ajen1126:植物有可能跟人類一起演化的呀xd有趣192.192.236.104 03/26 15:32
推 adam19870328:鳥類有第四種感光細胞，看的顏色會比 203.71.94.7 03/26 18:44
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這跟2000年發現的mirror neuron 可以強烈暗示生物體有遺傳物質以外的東西來
傳承經驗 大家有興趣可以看一看 有時間在跟大家聊一聊
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人類基因讓老鼠產生全新彩色視覺
Genetic Studies Endow Mice with New Color Vision
http://www.hhmi.org/news/nathans20070323.html
March 23, 2007
雖然老鼠，一如大多數哺乳類，通常只能以有限的色彩觀看世界 -- 類
似大部分罹患紅綠色盲者所見 -- 科學家經由引入單一人類基因到老鼠
的染色體當中，改變了牠的視覺。這段人類的感光基因編碼，在正常的
老鼠體內是不會出現的，而插入它以後，讓老鼠的視力變成彩色。
一項於 March 23, 2007 出版的 Science 上所發表的研究中，Johns
Hopkins 醫學系，Howard Hughes 醫學研究所與加州大學聖塔芭芭拉分
校的研究者證明，在一系列設計精巧的彩色視覺測試當中，基因改造能
使老鼠能看見並且區分更寬廣的光譜。這些試驗是要測試那些經過基因
改造的老鼠是否能夠有效的處理，牠們眼中新的光受體（photoreceptor
）所產生的感知資訊。在哺乳動物之間，這樣複雜的視覺只在靈長類當
中發現，也因此老鼠的大腦沒必要演化出區分這些顏色的能力。
這些經過基因工程而獲得新能力的老鼠指出，哺乳類動物的大腦擁有相
當靈活的彈性，那允許一個近乎瞬間升級的複雜彩色視覺出現，該研究
的首席作者 Gerald Jacobs 與 Jeremy Nathans 表示。
這三十年來，彩色視覺的演化已經變成一個受到密集研究的主題。這項
新研究，是迄今最可靠的一項研究，它照亮了導致三色視覺浮現的最初
階段 -- 這種多樣化的彩色視覺出現在今日大部分的靈長類當中，包括
人類。
"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。
三色視覺是依賴視網膜中三類光受體細胞，它們會優先吸收不同波長的
光線。這些細胞稱為錐狀細胞，而且每一種都包含了特殊種類的光吸收
感應蛋白。短波長感光（Short-wavelength-sensitive (S)）錐狀細胞
對於藍光最敏感；中波長感光（medium-wavelength-sensitive (M)）錐
狀細胞對於綠光最敏感，而長波長感光（long-wavelength-sensitive
(L)）錐狀細胞則對於紅光最敏感。大腦在比較 S, M, L 的光受體回應
之後，會評估做出相對應等級的活化，那導致我們感知某種顏色。
大部分哺乳類，包括老鼠，都只有二色（dichromats）視覺，只能處理
S 與 M 的錐狀感光色素（pigments）。其結果是，牠們只能分辨人類所
能區分的一小部份波長。劍橋大學的 John Mollon 提出，三色視覺的演
化，能讓靈長類分辨出未成熟的水果，那通常是綠色，以及紅色、橘色
的成熟水果。在互惠的情況下，那些成熟水果的顏色也可能跟靈長類的
三色視覺共同演化，因為那些可以分辨並吃下成熟水果的動物，也能夠
幫助植物散播種子。
Nathans，Johns Hopkins，Howard Hughes 醫學研究所的研究員，研究
出人類 S, M, L 的感光色素結構，並在 1980 年代開始研究人類彩色視
覺的遺傳基礎。在此同時，UCSB 的 Jacobs 破解了特殊的基因機制，那
引發新世界（南美）靈長類產生三色彩色視覺。合起來說，他們的研究
提出，新世界猴所擁有的三色彩色視覺，也可能是在舊世界（非洲）靈
長類之間，包括人類，所發現類型（form）的演化先驅。
在目前的研究當中，研究者開始複製，大部分科學家已考慮過的，在靈
長類三色彩色視覺演化當中最關鍵的一步：L 受體基因的引入。他們的
目標是決定，基因是否能單獨的改變動物的知覺感知。"目前還不明白，
" Jacobs 解釋，"是否光靠加入一個感光色素，就足以產生新的彩色視
覺尺度，或是否你需要另外在神經系統當中做一些改變。"
在 2003 年，Nathans 與 Jacobs，協同哈佛大學的 Markus Meister，
提出在 M 受體基因部位，攜有 L 受體基因之基改老鼠的初步研究報告
。因為這些基因位在 X 染色體上，它們很容易受到一種稱為 X 染色體
鈍化（inactivation）過程的限制。在哺乳類中，每一個雌性當中的細
胞都有 X 染色體，而雄性只有一個。X 鈍化只會在雌性身上產生，導致
每個細胞其中一個 X 染色體上的基因全部壓抑（silence）的結果。因
為不同的細胞會選擇壓抑其中一個 X 染色體，所以被改造成擁有一份
M 與 L 受體基因拷貝的雌鼠，會在某些錐狀細胞表現 M 受體，其他錐
狀細胞則表現 L 受體。這兩種不同類型的錐狀細胞會在視網膜表面相互
混雜。這些依賴基於 X 鈍化以在不同錐狀細胞當中產生 M 與 L 受體的
機制，很像 Jacobs 早先在新世界靈長類中所確認的。在目前的實驗中
，研究者挑選 M 與 L 錐狀細胞比率粗略向同的老鼠，並與正常視力的
老鼠進行比較。
Jacobs 在 UCSB 的小組，發展出行為測試，以決定雌鼠是否能夠藉由比
較 M 與 L 錐狀細胞之間的相對對活性，區分不同色彩的光。該小組進
行了上萬次的測試，在其中，不同波長，或強度的光匯出現在三個測試
板上。當老鼠正確的確認出哪一個板與其他二者不同，研究者會賞牠一
滴豆奶。經過基因改造的老鼠，以超過 80% 的正確率證明牠們的新視力
。相較之下，一般的老鼠，其正確率只有 1/3（亦即隨機瞎猜）。
根據這些科學家表示，他們的發現不只是涉及彩色視力的演化，還包括
了一般知覺系統的演化。先前的視覺、嗅覺與味覺系統實驗已提出，引
入一種新的知覺受器可以擴展動物的知覺感知，同時改變牠們的行為與
神經活性，Jacobs 提到，這項新研究，是首次證實，這些簡單的基因改
變，可以有更深遠的影響（譯註：說不定老鼠可以改造成鼠人）。"單單
藉由改變受體蛋白，你不只是能夠擴展一隻動物所能感覺的資訊範圍，
而且，如果神經系統具有如同我們在老鼠當中所見的可塑性，你可以得
到全新尺度的體驗，" 他解釋。
"我們觀察到，老鼠的大腦可以用這些資訊做出光譜的區分，這意味著，
在受體基因當中的改變，很可能具有立即選擇性的價值，這不只是因為
他們擴展了可察覺的刺激範圍或種類，也因為牠們允許一個具可塑性的
神經系統，茲以區分新舊之間的刺激，" 作者在 Science 當中的論文寫
道。"額外的基因改變，重新定義了下游的神經迴路，以產生更有效的額
外知覺資訊，能接著流傳許多代。"
＊ 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
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