Evolution and Senses: Opsins, Bitter Taste, and Olfaction

این کتاب بر حس کردن و تکامل حیوانات تمرکز دارد. حیوانات با استفاده از حواس پنج گانه (ادراک بینایی، شنوایی و بویایی و چشایی و لامسه) می توانند محرک های محیطی را دریافت کرده و به آنها پاسخ دهند. تغییرات در این حساسیت‌ها ممکن است باعث تغییراتی در جنبه‌های زندگی حیوانات مانند زیستگاه، زمان‌بندی فعالیت و رژیم غذایی شود - و بالعکس. پیشرفت‌های اخیر در ژنوم و آنالیز مولکولی ما را قادر می‌سازد تا تغییرات خاصی را در گیرنده‌ها یا مکانیسم‌های دخیل در سنجش بررسی کنیم و سرنخ‌هایی برای درک تکامل حیوانات مرتبط با آن تغییرات ارائه دهیم. فصل اول به تکامل مولکولی اپسین ها می پردازد. علاوه بر عملکرد شناخته شده اپسین ها به عنوان گیرنده های بصری، اپسین ها می توانند با دریافت نور غیر دیداری مانند حباب نوری ریتم شبانه روزی، دوره نوری و سازگاری پس زمینه مرتبط باشند. مطالعات فیلوژنیک مولکولی نشان می دهد که همه ژن های اپسین از یک ژن اپسین باستانی تکامل یافته اند. ارزیابی عملکرد هر پروتئین اپسین موجود بر اساس ویژگی های مولکولی ما را قادر می سازد تا تکامل مولکولی و تنوع اپسین ها را در طول تکامل حیوانات پیش بینی کنیم. این مطالعات روشن می کند که کدام جایگزین اسیدهای آمینه باعث تنوع عملکردی اپسین ها می شود و چگونه آنها بر تکامل حیوانات تأثیر گذاشته اند. فصل دوم مربوط به درک طعم تلخ است، یک مکانیسم تشخیص کلیدی در برابر مصرف مواد فعال زیستی. شواهد ژنتیکی و رفتاری وجود ماکاک های ژاپنی "غیر مزه" را برای ترکیبات تلخ خاص نشان می دهد که منشأ آنها در منطقه ای محدود از ژاپن است. این یافته ممکن است سرنخی برای روشن کردن جنبه های اکولوژیکی، تکاملی و عصبی زیستی درک طعم تلخ پستانداران ارائه دهد. فصل سوم یک مثال افراطی از تکامل بویایی ارائه می‌کند، یعنی اینکه آمنیوت‌های کاملاً آبزی به طور کلی ظرفیت بویایی خود را در مقایسه با خویشاوندان خشکی‌شان کاهش داده‌اند. جالب توجه است که توانایی‌های بویایی باقی‌مانده در میان سه آمنیوت کاملاً آبی که مورد بررسی قرار گرفته‌اند، کاملاً متفاوت است: نهنگ‌های دندان‌دار ساختارهای سیستم عصبی ندارند که واسطه بویایی باشد، اما نهنگ‌های بالین می‌توانند در هوا بو کنند، و پیشنهاد شده است که مارهای دریایی در زیر آب بو می‌دهند.

This book focuses on sensing and the evolution of animals. Using the five senses (visual, auditory, and olfactory perception, and taste and touch), animals can receive environmental stimuli and respond to them. Changes in these sensitivities might cause changes in aspects of animals’ lives such as habitat, activity timing, and diet—and vice versa. Recent advances in genome and molecular analysis enable us to investigate certain changes in the receptors or mechanisms involved in sensing and provide clues for understanding the evolution of animals related to those changes. The first chapter deals with the molecular evolution of opsins. In addition to the well-known function of opsins as visual receptors, opsins can be related to non-visual photoreception such as photoentrainment of circadian rhythm, photoperiodism, and background adaptation. Molecular phylogenic studies reveal that all opsin genes have evolved from one ancient opsin gene. The evaluation of the functions of each extant opsin protein based on the molecular features enables us to predict the molecular evolution and diversification of opsins during the evolution of animals. These studies shed light on which amino-acid substitutions cause the functional diversification of opsins and how they have influenced the evolution of animals. The second chapter has to do with bitter taste perception, a key detection mechanism against the ingestion of bioactive substances. Genetic and behavioral evidence reveal the existence of "non-taster" Japanese macaques for specific bitter compounds, which originated in a restricted region of Japan. This finding might provide a clue for elucidating the ecological, evolutionary, and neurobiological aspects of bitter taste perception of primates. The third chapter presents an extreme example of the evolution of olfaction, namely, that fully aquatic amniotes have generally reduced their olfactory capacity considerably compared to their terrestrial relatives. Interestingly, the remaining olfactory abilities are quite different among three fully aquatic amniotes investigated: toothed whales have no nervous system structures that mediate olfaction, but baleen whales can smell in air, and it has been suggested that sea snakes smell underwater.