摘要： 蜻蜓和人类可能没有太多共同点，但一项新研究揭示，我们在感知红色方面共享几乎相同的生物学"技巧"。研究人员发现，蜻蜓进化出了一种感知红色的蛋白质（视蛋白），其分子机制与哺乳动物完全相同——这是一种罕见的平行进化案例。
这种蜻蜓视蛋白极其敏感，能够检测到720纳米的光线，达到近红外光谱范围。通过调整单一氨基酸，科学家已经设计出一种能"看到"更深层近红外光的版本，这可能会通过使医疗设备能够激活人体深层组织中的细胞，从而彻底改变光遗传学领域。
关键事实
- 720纳米记录： 蜻蜓拥有一种迄今为止发现的对红光最敏感的视觉色素之一，使它们能够看到对大多数其他昆虫来说是"不可见"的深红色波长。
- 进化镜像： 尽管蜻蜓与人类在进化上相隔数亿年，但蜻蜓的红色视蛋白使用与人类眼睛完全相同的化学机制来检测红光。
- 交配优势： 高红光敏感度使雄性蜻蜓能够在高速飞行中区分雌性的细微近红外反射率，这是一个关键的生存和交配特征。
- 医疗工具（光遗传学）： 近红外光比蓝光或绿光能更深入地穿透人类皮肤和肌肉。由于这种蜻蜓视蛋白天然调谐到这些长波长，它可用于触发体内深处的光激活医疗治疗。
- 分子工程： 通过识别控制敏感度的单一蛋白质位置，研究人员创建了一种对近红外光有反应的改良视蛋白，并在实验室环境中成功诱导了细胞反应。
来源： 大阪都立大学
有时不同的生物可以独立地进化出相同的能力，这一过程称为平行进化。
大阪都立大学（OMU）的一项新研究发现，蜻蜓感知红光的方式与哺乳动物（包括我们人类）相似。由于许多医疗设备也依赖红光，他们的发现不仅在动物学领域可能很重要，在依赖红光感知的医疗领域也可能具有重要意义。
[图片说明：在蜻蜓和哺乳动物中发现的相同机制表明了红光检测的普遍进化路径。]
人类通过眼睛中一种称为视蛋白的蛋白质来感知光线的颜色。在人类中，三种类型的视蛋白——分别对应蓝光、绿光和红光——负责色觉。
在昆虫中，蜻蜓拥有异常强大的红光视觉。由OMU理学院的Koyanagi光正教授和Terakita明久教授领导的团队发现了一种蜻蜓视蛋白，它能够检测到约720纳米的光线，这超出了我们可见光谱最深红端的范围。
Terakita教授表示："这是迄今为止发现的最红光敏感的视觉色素之一。蜻蜓可能比大多数昆虫能看得更深入红光范围。"
研究人员推测这将帮助蜻蜓识别合适的配偶。为了验证这一想法，他们测量了反射率。反射率是表面反射的光量，在蜻蜓中，这种反射光影响它们彼此的外观。
研究人员发现雄性和雌性在红光到近红外反射率方面存在显著差异，这表明检测这些波长有助于雄性在飞行中快速区分异性成员。
第一作者、研究生Ryu Sato表示："令人惊讶的是，蜻蜓红色视蛋白检测红光的机制与包括人类在内的哺乳动物红色视蛋白完全相同。这是一个意想不到的结果，表明相同的进化过程在远缘谱系中独立发生。"
他们的研究还揭示了一个重要的见解，可以帮助将这一发现转化为实际应用。他们确定了控制蛋白质对光敏感度的单一关键位置。
当他们调整这一点时，将这种敏感度进一步推进，使蛋白质能够对接近红外范围的光做出反应。他们设计了一种对更长波长有反应的蛋白质版本，并表明装备有这种蛋白质的细胞可以被近红外光激活。
这些发现可能对光遗传学领域有用，光遗传学使用被光激活的光敏感蛋白质来研究医疗状况。由于蜻蜓视蛋白对更长波长的光有反应，它可以在更深层的组织内部工作得更好。
Koyanagi教授表示："在这项研究中，我们成功地将来自Gomphidae蜻蜓的改良近红外视蛋白的敏感度进一步向更长波长方向移动，并证实改良的近红外视蛋白可以对近红外光诱导细胞反应。"
"这些发现证明这种视蛋白是一种有前景的光遗传学工具，能够在活体生物深层检测光线。"
关键问题解答：
问：为什么蜻蜓需要看到"近红外"光？
答： 对蜻蜓来说，世界是一个高速模糊的画面。研究发现雄性和雌性反射近红外光的方式不同。通过进化出"超级红色"视觉，雄性可以立即在绿色植物杂乱的背景中发现雌性，而绿色植物不会反射那些特定的长波长。
问："平行进化"在这里实际上意味着什么？
答： 这意味着大自然找到了感知红色的"完美"解决方案，并使用了两次。人类和蜻蜓并非从共同祖先继承这一特征；相反，两个谱系独立地在它们的蛋白质上实现了完全相同的分子"调整"，以达到红光敏感性。
问：蜻蜓蛋白质如何帮助医生治疗人类？
答： 在称为光遗传学的领域，医生使用光来打开或关闭特定细胞（如神经元）。通常，他们使用蓝光，而蓝光无法深入穿透人体。由于这种蜻蜓蛋白质天然偏爱红光和近红外光——这些光可以穿透组织——医生可以使用它来治疗体内深处的疾病，而无需进行侵入性手术。
关于这项视觉神经科学研究新闻
作者： Matthew Coslett
来源： 大阪都立大学
联系人： Matthew Coslett – 大阪都立大学
图片： 图片由Neuroscience News提供
原始研究： 开放获取。
"蜻蜓红色视蛋白与哺乳动物红色视蛋白共享相同的调谐机制并进一步增强近红外敏感性"，作者：Ryu Sato、Akihisa Terakita和Mitsumasa Koyanagi，《细胞与分子生命科学》
DOI:10.1007/s00018-025-06017-9
摘要
蜻蜓红色视蛋白与哺乳动物红色视蛋白共享相同的调谐机制并进一步增强近红外敏感性
一些动物，如灵长类和昆虫，具有包括对红光敏感（红光视觉）的色觉。红光视觉基本上是通过对红光区域敏感的视蛋白（红色视蛋白）实现的，这些视蛋白在不同的谱系中独立进化。
然而，在已知比人类感知更长波长光的蜻蜓红光视觉中，潜在的视蛋白和光谱调谐机制在很大程度上是未知的。
我们研究了蜻蜓视蛋白，发现RhLWA2s是蜻蜓中最长波长敏感的视蛋白，即所谓的蜻蜓红色视蛋白。
对来自Asiagomphus melaenops（Am_RhLWA2）的RhLWA2重组色素的光谱分析显示，它在580纳米处具有最大吸收峰，并表现出双稳态，表明Am_RhLWA2是迄今为止最长波长敏感的双稳态视蛋白。对Am_RhLWA2的突变分析显示，位置292负责红移。
光谱调谐位点以及红移机制（S292A）与哺乳动物红色视蛋白共享，显示了哺乳动物和昆虫绿色/红色视蛋白之间的平行进化，并且在蜻蜓谱系中从丙氨酸到缬氨酸（A292V）的取代进一步增强了对近红外区域的红光敏感性。
此外，我们通过引入V211C突变成功设计了具有590纳米最大吸收峰的红移Am_RhLWA2突变体。表达红移Am_RhLWA2突变体的培养细胞对738纳米光表现出显著的Ca²⁺反应，显示了近红外敏感光遗传学工具控制GPCR信号传导的潜力。
基于对相关蜻蜓物种体色的分析，Am_RhLWA2的长波长敏感性可能在性别识别方面提供优势。
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