У мышей зрение сильно отличается от человеческого. В то время как люди являются трихроматами и могут видеть широкий спектр цветов, мыши являются дихроматами и могут видеть только два основных цвета: синий и зеленый.
Основная причина, по которой мыши не видят красный цвет, заключается в различиях в анатомии их глаз и фоторецепторных клетках по сравнению с людьми. Как и у людей, у мышей в сетчатке есть два типа фоторецепторных клеток — палочки и колбочки. Однако у мышей есть только два типа колбочек: S и M. Колбочки S обнаруживают синий свет, а колбочки M обнаруживают зеленый свет. У людей есть третий тип колбочек, L-колбочки, которые чувствительны к красному свету.
Исследования показали, что у мышей отсутствуют фоторецепторы L-колбочек, которые чувствительны к красным длинам волн света. Без L-колбочек у мышей нет оборудования для обнаружения и обработки красных цветов. Генетические исследования подтвердили, что ген опсина L-колбочек мутировал и нефункционален у мышей. Это мешает им развивать L-колбочки и, таким образом, видеть красный цвет.
Из-за наличия только S- и M-колбочек у мышей дихроматическое зрение, то есть они могут различать только два основных цвета — синий и зеленый. Однако, имея только эти два типа колбочек, мыши на самом деле могут видеть целый ряд цветов в сине-зеленом цветовом спектре.
С другой стороны, у людей трихроматическое зрение со всеми тремя функционирующими типами колбочек — S, M и L. Наличие L-колбочек позволяет людям видеть красный цвет и иметь полное цветовое зрение во всем спектре видимого света. Различные комбинации колбочек также позволяют людям воспринимать гораздо больше оттенков и тонов по сравнению с дихроматическими мышами.
Генетическая и молекулярная основа цветового зрения мышей хорошо изучена в исследованиях. У мышей есть два функционирующих гена опсина колбочек:
Ген опсина колбочек L Opn1lw у мышей содержит генетическое изменение, которое делает его нефункциональным. Эта мутация приводит к тому, что у мышей не развиваются колбочки L и они неспособны обнаруживать красный свет. Напротив, у людей есть полностью функциональные гены опсинов Opn1sw, Opn1mw и Opn1lw и, следовательно, все три типа колбочек.
Помимо генетических исследований, поведенческие исследования на мышах предоставляют дополнительные доказательства того, что у них отсутствует зрение в красном цвете. Вот некоторые ключевые результаты исследования:
В целом, как генетические, так и поведенческие данные убедительно демонстрируют, что у мышей отсутствует физиологическая способность к красному цветовому зрению.
Неспособность видеть красный цвет у мышей и некоторых других млекопитающих на самом деле представляет собой предковое состояние цветового зрения млекопитающих. Ранние млекопитающие были дихроматами, имевшими только синее и зеленое цветовое зрение. Трихроматическое зрение развилось у приматов позже, после того как ген L-опсина удвоился и диверсифицировался.
Наличие только двух типов колбочек могло быть достаточным для ночной среды и образа жизни ранних видов млекопитающих. Поскольку некоторые млекопитающие стали вести более дневной образ жизни, трихроматическое зрение, вероятно, развилось как адаптация для лучшего различения спелых фруктов и молодых листьев в условиях дневного света.
Таким образом, потеря красного зрения у мышей не является адаптивным изменением per se. Скорее, она представляет собой сохранение примитивного дихроматического состояния млекопитающих. Люди и другие приматы ответвились и получили эволюционное новшество — третий тип колбочек и улучшенное цветовое зрение, — которого нет у мышей.
Неспособность мышей видеть красный цвет имеет некоторые важные последствия для изучения их зрительной системы:
Исследователям, изучающим зрение мышей, необходимо ориентироваться на сине-зеленый спектральный диапазон при планировании экспериментов и интерпретации результатов. Расширение зрения мышей с помощью L-колбочек с помощью генной инженерии или других подходов может создать модель трихроматической мыши, которая лучше имитирует цветовое зрение человека.
Распространенное заблуждение заключается в том, что мыши видят полностью в черно-белом цвете или в оттенках серого. Это неточно — у мышей дихроматическое цветовое зрение, а не ахроматическое (бесцветное). Они видят цвета, просто более ограниченные желтым, синим и зеленым.
Представление о том, что зрение у мышей черно-белое, вероятно, возникает из-за преобладания палочек в сетчатке мыши. Палочки определяют яркость, но не цвет. Однако колбочки, которыми обладают мыши, все еще дают им хроматическое видение мира, а не только оттенки серого.
Зрение мышей отличается от человеческого несколькими ключевыми моментами в дополнение к цветовому восприятию:
Зрительная система мышей специализирована для условий с низкой освещенностью и обнаружения хищников или движения добычи. Человеческое зрение отдает приоритет высокой визуальной детализации и различению цветов.
Генная терапия и методы генной инженерии потенциально могут ввести в организм мышей третий ген опсина колбочек и восстановить функцию L-колбочек. Это может создать модель трихроматической мыши, способной обнаруживать красный свет.
В экспериментах использовались вирусные векторы для доставки человеческого гена L-опсина мышам, у которых отсутствуют функциональные L-колбочки. Первоначальные результаты показали, что L-колбочки были успешно интегрированы и реагировали на красный свет. При дальнейшей оптимизации этот подход может позволить изучать нейронные пути мыши для обработки красного цвета.
Генетически модифицированная трихроматическая мышь может быть полезной моделью для исследования нарушений зрения человека, связанных с L-колбочками. Однако потенциальные проблемы включают в себя правильное подключение новых путей L-колбочек в зрительной системе мыши.
| Исследование | Методы | Результаты |
|---|---|---|
| Джейкобс и др. 2007 | Вирусный вектор AAV с человеческим L-опсином, доставленный в сетчатку взрослой мыши | L-колбочки экспрессируются и реагируют на свет, но поведенческое восстановление зрения не происходит |
| Mancuso et al. 2009 | Включение в зародышевую линию трансгена человеческого L-опсина | Некоторые мыши показали усиленную оптомоторную реакцию на красные стимулы |
| St?ger et al. 2020 | CRISPR knock-in человеческого L-опсина в локусе Opn1lw мыши | L-колбочки присутствуют, планируется будущее поведенческое тестирование |
Подводя итог, можно сказать, что мыши не способны видеть красный цвет из-за отсутствия фоторецепторов L-колбочек, чувствительных к длинноволновому красному свету. Это является результатом мутаций в их гене L-опсина в ходе эволюции. Хотя дихроматическое зрение мышей отличается от трихроматического зрения человека, понимание молекулярной основы дает возможности для изучения дефектов цветового зрения и потенциального восстановления красного цветового зрения у мышей с помощью генной инженерии.