Mennesker og mange andre virveldyr har tre ulike lysfølsomme proteiner i de såkalte tappene i netthinnen og ytterligere ett lysfølsomt pigment i stavene.

Proteinene i tappene fungerer best i godt lys og gir oss fargesyn, mens proteinene i stavene fungerer i svakere lys og gir et svart/hvitt bilde av omgivelsene.

Men synssansen hos noen av fiskene som lever på dypt vann i havet, i et evig mørke, er mye bedre utstyrt enn menneskets synssans.

Med utgangspunkt i dypvannsfiskenes genomer, altså hele arvematerialet til fiskene, har forskere ved blant annet UiO nå sett nærmere på synet hos hele 101 slike fiskearter.

De fleste hadde bare ett lysfølsomt protein i stavene, slik som virveldyrene. Men 13 av disse dypvannsfiskene hadde i tillegg flere gener og lysfølsomme proteiner som ikke har vært kjent tidligere.

– Disse ekstra proteinene er membran-proteiner som antakelig er spesialtilpasset til å registrere det svake lyset som finnes i dyphavet, forteller professor Kjetill S. Jakobsen ved Senter for økologisk og evolusjonær syntese (CEES).

Han er en av forfatterne bak en ny vitenskapelige artikkelen som ble publisert i tidsskriftet Science.

– Rekordholderen er piggfinnefisken Diretmus argenteus, som har hele 38 ulike lysfølsomme proteiner i stavene og to i tappene. Proteinene i stavene reagerer på ulike bølgelengder, og det tyder på at stavene gir denne fisken et slags fargesyn. Denne fisken får altså et fargesyn gjennom stavene som bare gir oss mennesker et svart/hvitt-syn, tilføyer Jakobsen.

Et svakt blått lys

De undersøkte dyphavsfiskene lever mellom cirka 200 og 1500 meter under havoverflaten, i en fremmedartet verden hvor vannmassene har filtrert bort mesteparten av dagslyset. Det eneste som er igjen av lyset fra oven på slike dyp, er et svakt blålig lys med bølgelengder mellom 400 og 500 nanometer.

Men dyphavet er ikke fullstendig mørkt, for langt der nede lever det alger, fisk, maneter og lignende som sender ut sitt eget lys – fenomenet kalles bioluminescens. Lyset fra disse skapningene ligger typisk i området mellom 420 og 520 nanometer. På dyp større enn cirka 200 meter – avhengig av vannkvaliteten – vil lyset fra bioluminescens være sterkere enn restene av dagslyset.

Piggfinnefisken og de andre dyphavsfiskene som har flere ulike pigmenter i netthinnen, er antakelig i stand til å se både lyset som kommer ovenfra og lyset fra ulike levende skapninger som sender ut lys med litt ulike bølgelengder.

– Dette arbeidet startet egentlig for mange år siden, da en gruppe forskere her ved CEES planla å kartlegge det evolusjonære slektskapet mellom ulike fiskearter ved å studere genene deres. Det var gjennom det prosjektet vi blant annet oppdaget at torskefiskene mangler en sentral del i immunsystemet. Så begynte vi å se på disse dyphavsfiskene, fordi vi blant annet lurte på hvor mye de egentlig kunne se i mørket på store dyp, forteller Jakobsen.

– Nå har vi altså oppdaget at 13 dyptlevende fiskearter i tre ulike beinfisk-grupper har flere gener som ikke er kjent fra før. Disse genene sørger for at fiskene også har et utvidet repertoar av lysfølsomme proteiner som heller ikke har vært kjent fra før, sier forskeren.

Disse proteinene, kalt rhodopsiner, reagerer på litt forskjellige bølgelengder i det blålige lyset som finnes på dyphavet, og derfor tror forskerne at fiskene ser noe som kan sammenliknes med farger.

Professor Jakobsen understreker at forskerne ikke kan vite 100 prosent sikkert at fiskene ser en slags farger i dyphavet.

– Den absolutte sikkerheten kunne vi bare oppnådd hvis vi monterte elektroder i hjernen på disse fiskene og analyserte hjernebølger mens de svømte rundt. Det lar seg neppe gjøre. Men vi er likevel ganske sikre på at både genene og rhodopsin-variantene er aktive. Hvis fiskene ikke hadde noen praktisk nytte av evnen til å se lys med ulike bølgelengder, ville de antakelig mistet evnen etter hvert, sier Jakobsen.

Gener blir fordoblet

De nye analysene viser at dypvannsfiskenes gen-varianter har oppstått gjennom serier med genduplikasjoner som kan ha begynt for kanskje 50 millioner år siden.

Slike duplikasjoner kan skje spontant i naturen, og dypvannsfiskenes stamfar hadde sannsynligvis ett gen for produksjonen av rhodopsiner.

Duplikasjonen innebærer så at et område i DNA blir fordoblet, og slik kan etterkommerne plutselig ha to versjoner av det samme genet.

Deretter kan genene forandre seg – mutere – uavhengig av hverandre, og dermed kan fisken få rhodopsiner som for eksempel reagerer på litt ulike lysfrekvenser.

– Vi vet fra før at hvis et gen først er duplisert én gang, er det etterpå lettere å utvikle flere duplikasjoner. Derfor finner vi som regel ikke bare to kopier av det samme genet når vi analyserer arter. Det er mer vanlig å finne flere kopier, påpeker postdoktor Ole Kristian Tørresen.

Satset på synet

Tannhvaler og flaggermus er eksempler på pattedyr som har utviklet et sanseapparat som bruker ekkolokalisering til å orientere seg i stummende mørke og til å bestemme hvor et eventuelt bytte befinner seg. Ekkolokalisering går ut på at dyret sender ut en serie med lydbølger som reflekteres tilbake når det treffer noe, eksempelvis en fisk eller noe annet.

– Men hos disse dyphavsfiskene er det altså synssansen som har utviklet seg isteden, slik at de kan se forholdsvis godt i det vi mennesker ville oppfatte som stummende mørke. Man kan bare la seg imponere av naturens og evolusjonens evne til å finne løsninger som fungerer, kommenterer Jakobsen.

Referanse:

Musilova, Z. m.fl: Vision using multiple distinct rod opsins in deep-sea fishes. Science (2019) (sammendrag) DOI: 10.1126/science.aav4632