在昏暗的暮色中，世界呈现灰色。这是因为我们，以及大多数脊椎动物，只有一种视紫红质，这是我们眼睛中对光敏感的色素，让我们在弱光下也能看见。白天，视锥细胞中的一套不同的色素可以捕捉更广泛的波长，使我们拥有彩色视觉。现在，一个国际研究团队发现，生活在近一英里深海洋黑暗中的鱼类可能使用视杆细胞——它们主要提供黑白视觉——来感知颜色。
研究人员表示，这一发现重新定义了现有的脊椎动物视觉范式。“这些发现意味着脊椎动物的视觉比我们最初假设的要复杂，”澳大利亚布里斯班昆士兰大学动物学家 Fabio Cortesi 表示，他联合领导了这项新研究。
稀有的视杆细胞
脊椎动物之所以能看到颜色，是因为我们有多种视锥细胞色素，它们可以捕捉对应不同颜色的不同波长光线——例如红色、蓝色和绿色。相比之下，视杆细胞使用视杆细胞色素，负责夜视。由于大多数脊椎动物只有一种视杆细胞色素，只能捕捉狭窄范围的光线，因此在弱光下是色盲的。
Cortesi 和他的同事们想了解除人类以外的动物如何看待世界，因此他们转向了一个与我们截然不同的环境：昏暗的海洋深处。“没有比深海更好的地方去寻找了，因为那里的环境条件在你能想到的任何方面都是极端的，”Cortesi 说。
研究人员仔细研究了 100 多种鱼类的基因组。研究人员不仅包括深海鱼类，还包括生活在较浅水域以及介于两者之间的鱼类。分析显示，一些生活在深海的鱼类拥有多种视杆细胞色素基因。
该团队在《科学》杂志上今天报道，有 13 种鱼类拥有不止一个视杆细胞色素基因，而其中一种鱼，银棘鲷，更是拥有惊人的 38 个基因。
“到目前为止，还没有任何脊椎动物被发现拥有超过两个视紫红质基因拷贝。然后，银棘鲷就拥有这个基因的 38 个拷贝！” 布拉格查尔斯大学动物学家 Zuzana Musilova 说，她与 Cortesi 共同领导了这项研究。
这些鱼只表达或使用其中 14 个基因。但这足以让银棘鲷拥有比任何其他脊椎动物更多的视杆细胞色素。
彩色编码
研究人员随后利用分子模拟来确定银棘鲷的视杆细胞色素可以检测到什么波长的光。他们发现，银棘鲷的视杆细胞色素集合对不同波长的光进行了调整，其跨度比大多数其他脊椎动物使用的单一视杆细胞色素要广得多。大多数脊椎动物的视杆细胞只能检测到波长在 477 到 490 纳米之间的光。然而，Cortesi 和同事们发现，银棘鲷的视杆细胞色素对大约 445 纳米到 520 纳米之间的光敏感，这个范围与大部分蓝光光谱重叠。
这可能还使这些鱼能够感知生物发光，即一些深海生物发出的各种颜色的光，其波长在 420 到 520 纳米之间。由于银棘鲷拥有多种视杆细胞色素，可以检测到不同波长的光，这一发现表明这些鱼可能通过使用视杆细胞而不是视锥细胞，进化出了在深海中看到颜色的能力。科学家们希望获得更多证据来支持这一可能性，但表示如果属实，这将是视杆细胞首次提供彩色视觉。
“这些发现从多个层面正在改变我们对脊椎动物视觉的认知范式，”Cortesi 说。“这表明，白天使用视锥细胞进行彩色视觉，夜晚使用单一视杆细胞进行色盲视觉的旧范式，最终可能并不像看上去那么非黑即白。”
