Рыбы приобрели способность «видеть» кожей независимо от эволюции зрения

Способность некоторых животных менять окраску обеспечивается наличием специальных светочувствительных клеток в коже, то есть, фактически, «кожным зрением». Оказалось, что у рифовой рыбы длинноперого губана в сетчатке глаза и в коже фоточувствительность обеспечивает пересекающийся набор белков, однако в коже спектр фоторецепторов существенно меньше. Сравнение экспрессии генов в этих двух тканях позволило исследователям сформулировать механизм восприятия света кожей этими рыбами, отличный от восприятия света сетчаткой. Как пишут ученые в статье, опубликованной в Journal of Comparative Physiology A, скорее всего, несмотря на общих участников, механизмы восприятия света сетчаткой и кожей в процессе эволюции развились у рыб независимо друг от друга.

🔶Некоторые животные способны менять окраску покровов в зависимости от окружающего фона. На это способны как беспозвоночные, например, головоногие моллюски — осьминоги и каракатицы, так и позвоночные — многие амфибии и рыбы. Смена цвета кожи происходит за счет перегруппировки пигментных гранул в специальных клетках — хроматофорах. Предполагается, что хроматофоры не только обеспечивают окраску, но и сами способны реагировать на изменение освещения. Таким образом, смена окраски происходит у животных без участия зрения, а обеспечивается «кожным зрением».

🔶Механизм реакции сетчатки на свет изучен довольно хорошо, однако, как работает «кожное зрение», ученым было не совсем понятно. Известно, что в восприятии света могут участвовать несколько типов особых белков-опсинов, которые выполняют функции рецепторов в клетках сетчатки и передают сигнал дальше через G-белок-опосредованный молекулярный каскад. Ряд работ, посвященных исследованию «кожного зрения», показал, что, к примеру, в сетчатке и коже головоногих моллюсков работают одни и те же гены, задействованные в фоторецепции, то есть, вероятно, восприятие света кожей у них происходит по тому же механизму, что и восприятие глазами.

🔶Чтобы разобраться, как «кожное зрение» работает у позвоночных, ученые из университета Дьюка в Северной Каролине (США) провели сравнительный анализ экспрессии генов в сетчатке и коже рыбы длинноперого губана (Lachnolaimus maximus) при помощи полного секвенирования транскриптома (совокупности РНК). Эти рыбы обитают среди коралловых рифов в прозрачной воде и в зависимости от фона демонстрируют один из трех вариантов окраски — белый, коричневый или пятнистый.

Варианты окраски длинноперого губана Lachnolaimus maximus

🔶В сетчатке глаза губана экспрессировались все пять возможных опсинов, участвующих в зрении, а также все остальные компоненты молекулярного каскада передачи сигнала. По-видимому, эти рыбы обладают цветным тетрахромным зрением. В то же время, в отличие от головоногих моллюсков, в коже у рыб обнаружился только один вариант зрительного опсина — SWS1, чувствительный к коротковолновой части спектра. Гены, ответственные за передачу сигнала через тот же самый G-белок, в коже рыбы также не экспрессировались, однако вместо него исследователи обнаружили гены, ответственные за активацию аденилатциклазы — фермента, необходимого для синтеза важной сигнальной молекулы циклической АМФ.

🔶Как предположили ученые, кожная фоторецепция рыб обеспечивается другим механизмом передачи сигнала и, вероятно, сформировалась эволюционно независимо от «основного» зрения. Несмотря на это, оба механизма используют пересекающийся репертуар рецепторов. По-видимому, рифовые рыбы «выбрали» именно рецептор, чувствительный к ультрафиолетовому и коротковолновому излучению, так как он лучше всего удовлетворяет их потребностям при обитании в прозрачной голубой воде.

🔶Самую эволюционно древнюю оптическую систему обнаружили у цианобактерий. Оказалось, что клетка сине-зеленой водоросли Synechocystis фокусирует свет по тому же принципу, что и человеческий глаз.