THE EVOLUTION OF PRIMATE COLOR VISION David Fernandes Pedro Lourenço Rita Antunes Tiago Silva MEBM 09/10

EYE’S STRUCTURE Localização principal dos cones Fig. 1 – Estrutura do olho (1)Fig. 2 – Estruturra do olho (2)

CONCEPTS CONES Células nervosas fotoreceptoras situadas na retina, que contêm fotopigmentos espectralmente diferentes. Quando absorvem luz ocorre a excitação destas células. VITAMINA A VS. RETINOL A vitamina A é um componente dos pigmentos visuais dos cones e bastonetes.; um dos grupos R derivados da proteína é o Retinol, que através de isomerizações é responsável pelo ciclo visual. Fig.4 – Estrutura da Vitamina A

CONCEPTS LUZ A Iodopsina é um pigmento visual da retina. isomerizações fotoquímicas Activação do impulso nervoso, transmitido pelo nervo óptico. Fig.4 – Conversão da Vitamina A Fig. 5 – Estrutura do olho (3) Fig. 6 –Estrutura do olho (4)

PIGMENTS AND THEIR PAST Cada pigmento absorve luz de uma particular região do espectro e é caracterizada pelo comprimento de onda que absorve mais eficientemente. Fig.7 – Espectro de absorção

PIGMENTS AND THEIR PAST Anos 80: Identificação dos genes para os pigmentos humanos M e L são quase idênticos e estão ambos situados no Cromossoma X S localizado no Cromossoma 7 e está pouco relacionado com os outros dois Anos 90: Todos os vertebrados tinham genes com sequências similares ao S, ao M e ao L Entre os mamíferos, a presença de ambos os pigmentos M e L só foram vistos nos primatas Hipótese: A maioria dos não primatas só tem um pigmento mais longo, similar com os pigmentos mais longos dos primatas, estando localizados todos no cromossoma X. Fig. 9 – Crossing-over Fig. 10 – Fixação da Mutação Fig. 9 - Tipos de mutação

PIGMENTS AND THEIR PAST A tricromacia confere uma vantagem sobre os dicromatas na maioria dos ambientes. Fig. 11 – Frutos maduros Fig. 12 – Teste de Daltonismo

Tricromacia “Antigo Mundo”“Novo Mundo” Gene dos Pigmentos M e L no Cromossoma X Diferentes alelos para o mesmo gene do pigmento visual no cromossoma X TWO ROADS TO TRICHROMACY Fig. 13 – Separação dos “Mundos” Fig. 14 – Gorila Fig. 15 – Tamarim

Hipótese: Separação dos Mundos Evolução Independente Evolução a partir de ancestral comum Semelhanças nos aminoácidos dos pigmentos de ambos os “Mundos” Possibilidade de modificações noutros grupos de aminoácidos alterarem a sensibilidade espectral dos pigmentos TWO ROADS TO TRICHROMACY

THE ROLE OF RANDOMNESS Terá importância a aleatoriedade do processo de formação de células cone no olho? Conceitos: As células cone por si só não permitem o reconhecimento de cores; São necessários processos neurológicos para comparar sinais de diferentes células cone; As células cone têm que possuir um só pigmento e estar perto de outras com pigmentos diferentes

THE ROLE OF RANDOMNESS New World Primates: Nas fêmeas ocorre um processo chamado “X-inactivation” que permite escolher aleatoriamente qual o pigmento que estará em cada célula cone. Old World Primates: O processo de “X-inactivation” por si só não será suficiente, pois existem pigmentos M e L em cada cromossoma X; As pesquisas sugerem que o pigmento existente em cada célula cone seja determinado por uma sequência de DNA (locus control region) que se localiza junto dos genes codificadores dos pigmentos.

THESIS: THE ACCIDENTAL COLORIST QUESTÃO: Terá sido suficiente aquisição de um terceiro tipo de pigmento para proporcionar outra dimensão à visão colorida? OBJECTIVO: Recriar o passo inicial da evolução da visão tricromática num mamífero dicromata – rato. Inserir geneticamente o pigmento-gene L (humano) em vez do pigmento-gene M (mamífero) Variação alélica Poderia o rato fêmea ter os dois pigmentos diferentes e usar o mosaico retinal de M e L não só para sentir mas também para diferenciar comprimentos de onda com alcances diferentes?

THESIS: THE ACCIDENTAL COLORIST SIM! RESULTADOS: Conseguiram treinar as fêmeas na distinção entre o verde, laranja, amarelo e vermelho. Com o novo pigmento L, as fêmeas adquiriram uma dimensão sensorial, implicando que o cérebro dos mamíferos possui a capacidade intrínseca para extrair informação de forma qualitativa dos estímulos visuais que recebe. Fig. 16 – Rato utilizado em processo experimental

CONCEPTUAL MAP LM S Cones Pigmentos TricromaciaPrimatas Novo MundoAntigo Mundo Tricromatas2/3 Fêmeas Tricromatas Locus Control Region X - InnactivationExperiência Dicromacia - Tricromacia Engenharia Genética ADAPTABILIDADE DO CÉREBRO

BIBLIOGRAPHY Imagens From Handbook of Ophthalmology: A Practical Guide From Handbook of Ophthalmology: A Practical Guide From the book:” Retina” From the Ishirara’s Test for Colour Blindness

BIBLIOGRAPHY Pesquisa “Ishirara’s Tests for Colour Blindness” “Handbook of Ophthalmology: A Practical Guide” “Retina”

I see trees of green… red roses too… i see them bloom, for me and you… and I think to myself, what a wonderful world… Fig. 17 – “A wonderful World”