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martedì 23 dicembre 2014

FOTOBIOLOGIA

A clear, molecular view of how human colour vision evolved 




Many genetic mutations in visual pigments, spread over millions of years, were required for humans to evolve from a primitive mammal with a dim, shadowy view of the world into a greater ape able to see all the colors in a rainbow. 






By around 30 million years ago, our ancestors had evolved the ability  to see the full-color spectrum of visible light, except for UV light 
[Credit: Emory Health Sciences] 



Now, after more than two decades of painstaking research, scientists have finished a detailed and complete picture of the evolution of human color vision. 
PLOS Genetics published the final pieces of this picture: The process for how humans switched from ultraviolet (UV) vision to violet vision, or the ability to see blue light

"We have now traced all of the evolutionary pathways, going back 90 million years, that led to human color vision," says lead author Shozo Yokoyama, a biologist at Emory University. "We've clarified these molecular pathways at the chemical level, the genetic level and the functional level."
 Yokoyama and various collaborators over the years have teased out secrets of the adaptive evolution of vision in humans and other vertebrates by studying ancestral molecules. 
The lengthy process involves first estimating and synthesizing ancestral proteins and pigments of a species, then conducting experiments on them. 

The technique combines microbiology with theoretical computation, biophysics, quantum chemistry and genetic engineering

Five classes of opsin genes encode visual pigments for dim-light and color vision. Bits and pieces of the opsin genes change and vision adapts as the environment of a species changes. Around 90 million years ago, our primitive mammalian ancestors were nocturnal and had UV-sensitive and red-sensitive color, giving them a bi-chromatic view of the world. 

By around 30 million years ago, our ancestors had evolved four classes of opsin genes, giving them the ability to see the full-color spectrum of visible light, except for UV. 




“Gorillas and chimpanzees have human color vision,” Yokoyama says. “Or perhaps  we should say that humans have gorilla and chimpanzee vision”  [Credit: Emory Health Sciences] 



"Gorillas and chimpanzees have human color vision," Yokoyama says. "Or perhaps we should say that humans have gorilla and chimpanzee vision." 

For the PLOS Genetics paper, the researchers focused on the seven genetic mutations involved in losing UV vision and achieving the current function of a blue-sensitive pigment.
 They traced this progression from 90-to-30 million years ago. 

The researchers identified 5,040 possible pathways for the amino acid changes required to bring about the genetic changes. "We did experiments for every one of these 5,040 possibilities," Yokoyama says. "We found that of the seven genetic changes required, each of them individually has no effect. It is only when several of the changes combine in a particular order that the evolutionary pathway can be completed." 
In other words, just as an animal's external environment drives natural selection, so do changes in the animal's molecular environment. In previous research, Yokoyama showed how the scabbardfish, which today spends much of its life at depths of 25 to 100 meters, needed just one genetic mutation to switch from UV to blue-light vision. 

Human ancestors, however, needed seven changes and these changes were spread over millions of years. 
"The evolution for our ancestors' vision was very slow, compared to this fish, probably because their environment changed much more slowly," Yokoyama says. 


Mice are nocturnal and, like the primitive human ancestor of 90 million  years ago, have UV vision and limited ability to see colors  
[Credit: Emory Health Sciences] 



About 80 percent of the 5,040 pathways the researchers traced stopped in the middle, because a protein became non-functional. 

Chemist Ahmet Altun solved the mystery of why the protein got knocked out. 
It needs water to function, and if one mutation occurs before the other, it blocks the two water channels extending through the vision pigment's membrane. 
"The remaining 20 percent of the pathways remained possible pathways, but our ancestors used only one," Yokoyama says. "We identified that path." 

In 1990, Yokoyama identified the three specific amino acid changes that led to human ancestors developing a green-sensitive pigment

In 2008, he led an effort to construct the most extensive evolutionary tree for dim-light vision, including animals from eels to humans. 
At key branches of the tree, Yokoyama's lab engineered ancestral gene functions, in order to connect changes in the living environment to the molecular changes. 
The PLOS Genetics paper completes the project for the evolution of human color vision. "We have no more ambiguities, down to the level of the expression of amino acids, for the mechanisms involved in this evolutionary pathway," Yokoyama says. 


Author: Carol Clark | Source: Emory Health Sciences [December 18, 2014]

mercoledì 8 agosto 2012

Motivo di questo WebLog

Caro Pasuco:
        tu sei una mia invenzione - lo so - ma in qualche strano modo mi sto gradatamente affezionando a te, come se tu esistessi davvero, invece di essere solamente l'Acronimo di PArole SUono COlore, che poi costituisce solamente il soprannome del personaggio immaginario che ho creato (sembro totalmente folle, non credi anche tu, Pasuco?), che in realtà si chiamerebbe Uviguta Olf (altro acronimo, per Udito, Vista, Gusto, Tatto, Olfatto).
Il che, oltre a dimostrarmi totalmente disorientato nel tempo e nello spazio e pronto per lo 'Spizio, mi permette di scrivere di qualsiasi argomento nel quale vaghezza mi punga d'inoltrarmi, impunemente.

Hah, il senso di libertà! (pur essendo uccello in gabbia, che non canta per amor, bensì per rabbia! Infatti sto lavorando, ancora per un bel po')...
L'unica cosa che cerco d'impormi è di non essere mai scientifico, anzi, mi beo dell'essere deliberatamente (e anche involontariamente) 'gnorante come un salmone, perché me ne piacciono assà il colore, la forma ed il sapore...

Ho aggiunto il Tempo, ai cinque sensi classici dell'essere umano.
Arbitrariamente, dirai tu, Pasuco?
Bene, sì: arbitrariamente.
D'altro canto, altri (ricercatori scientifici, credo) si sono permessi di aggiungere così tanto ai cinque sensi (guarda lo scempio che hanno fatto al senso del gusto, aggiungendo una lista infinita di sapori a quelli classici, che tra l'altro non me li ricordo mai tutti insieme: e dire che sono meno numerosi dei sette nani o dei sette re di Roma!), che - almeno nel mio Weblog - potrò aggiungerne uno io, no?

Tra l'altro: è sempre stato un mio pallino interpretare il Tempo Cronologico come un modo di vedere la realtà, proprio solo dell'uomo (un po' meno per la donna, che spesso si fa attendere - è una battutaccia maschilista, prendila alla leggera, Pasuco: tu non hai sesso!).
- Per una roccia il tempo non esiste (va bene - dirai tu - non esiste proprio nulla per una roccia).
- Per una pianta il Tempo è molto relativo: essa certamente è attrezzata per accorgersi del tempo atmosferico (luce, umidità, caldo, freddo etc). Ma non si avvede del passaggio del tempo, salvo morire, quando il suo tempo biologico ed i suoi cicli si sono conclusi.
- Per un animale, il Tempo esiste in modo pressocché istintivo. C'è un tempo per accoppiarsi, un tempo per migrare, per andare in letargo, per dormire, per cacciare, per fuggire. C'è la luce e c'è il buio. C'è il caldo che mi fa cambiare il pelo o le penne o le squame, poi c'è il freddo, che mi fa cercare posti caldi. Ma non so quanto tempo è passato, non ne tengo conto. Un giorno non sono più il capo branco, perché arriva uno che fino a qualche tempo fa era solo un pischello e adesso è più ganzo e più forte di me. L'animale subisce il tempo, senza neanche accorgersi che c'è.
- L'essere umano, invece, cerca di capirlo (anche se molto, quasi tutto, ancora gli sfugge) e cerca di esorcizzarlo, perché ne teme fortemente il trascorrere, perché sa che se il Tempo con la T maiuscola è l'Infinito, il suo tempo biologico invece ha un termine preciso e prima o poi (speriamo poi!) finirà...
E allora cerca di misurarlo, di incasellarlo, di inquadrarlo in schemi che gli descrivono in modo rassicurante tutta la Storia dell'Uomo, come se ogni singolo uomo - imparando le date e le ricorrenze - potesse padroneggiare il trascorrere di tutte le epoche.
Cerca di chiuderlo dentro agli orologi, credendo d'imprigionarlo, di asservirlo.
Cerca di spezzettarlo in Anni, Stagioni, Mesi, Settimane, Giorni, Secondi e Decimi e Centesimi: vivendo sempre il presente, sperando di diventare un po' meno mortale.
Naturalmente s'illude e ne è insoddisfatto...
L'uomo possiede una vista a colori. Alcuni rapaci vedono solamente in bianco e nero, ma hanno un occhio sensibilissimo al più impercettibile movimento.
L'uomo, sempre insoddisfatto, sempre curioso, ha inventato strumenti per vedere anche le radiazioni infrarosse del calore, come i serpenti a sonagli.
Ha inventato il radar, per vedere ancora più lontano del falco.
Continua, quindi, a cercare di inventare qualche cosa riguardo al Tempo, anche se non ne comprende per intero l'essenza: le ricerche quantistiche tendono almeno in parte anche a questo: il cosiddetto "viaggio" nel Tempo. Con il quale l'uomo spera, un giorno, di beffare l'Antica Signora in Nero e lasciarla con un palmo di naso, al momento del suo arrivo.
Quando ha capito che è sull'invecchiamento biologico che si deve lavorare, ha cominciato a ricercare sul Genoma Umano, identificando i geni dell'invecchiamento e tentandone la delezione selettiva, prima che ciascuno di essi si attivi automaticamente (quelli dell'arteriosclerosi si attivano già a 10 anni!).

Prima o poi, caro Pasuco, ci riuscirà: allora avremo soggetti che sembreranno cinquantenni o poco più, ma avranno 130/150 anni.
Ma dovremo anche avere un piedaterre in qualche altro pianeta ospitale, certamente molto lontano, per contenerci tutti...

Adesso ti lascio, signor Uviguta Olf, amico mio Pasuco: anche oggi mi sei servito per evadere un po'; a presto!