Loading...

В глубоководных океанических рыбах развилось сверхмощное зрение

glubokovod В глубоководных океанических рыбах развилось сверхмощное зрение

Когда предки пещерной рыбы и некоторых сверчков переместились в пещеры, их глаза практически исчезли на протяжении поколений. Но рыбы, которые обитают в море на глубинах, превышающих солнечный свет, развили сверхзрение, очень приспособленное к слабому свечению и мерцанию, исходящему от других существ. Этой силе, как выяснили эволюционные биологи, они обязаны необычайному увеличению числа генов для родовых опсинов, белков сетчатки, которые обнаруживают тусклый свет.

Эти экстрагены диверсифицировались для получения белков, способных улавливать все возможные фотоны на различных длинах волн, что может означать, что, несмотря на темноту, рыбы, перемещающиеся по глубоководной части океана, действительно видят в цвете. Этот вывод действительно встряхивает догму глубоководного видения, говорит Меган Портер, эволюционный биолог, изучающая зрение в Гавайском университете на Гонолулу. Исследователи заметили, что чем глубже живет рыба, тем проще ее зрительная система, и они предполагают, что эта тенденция будет продолжаться до самых глубоководных. «То, что самые глубоководные обитатели располагают всеми этими опсонами, означает, что взаимодействие между светом и эволюцией в глубоководных районах намного сложнее, чем мы думали», - говорит Портер.

На глубине 1000 метров исчезает последний проблеск солнечного света. Но за последние 15 лет исследователи осознали, что глубины пронизаны слабым биолюминесценцией от мигающих креветок, осьминогов, бактерий и даже рыб. Большинство позвоночных едва могли заметить это тонкое мерцание. Чтобы узнать, как рыба может видеть его, команда под руководством эволюционного биолога Вальтера Зальцбургера из Базельского университета в Швейцарии изучала белки опсина глубоководных рыб. Изменение аминокислотных последовательностей опсинов изменяет длину волны обнаруженного света, поэтому многочисленные опсины делают возможным цветное зрение. Один опсин, RH1, хорошо работает при слабом освещении. Находясь в стержневых клетках глаза, он позволяет людям видеть в темноте, но только в черно-белом цвете.

Зальцбургер и его коллеги искали гены опсина у 101 вида рыб, включая семь глубоководных рыб Атлантического океана, геномы которых они полностью секвенировали. Большинство рыб, как и многие другие позвоночные, имеют один или два опсина RH1, но четыре глубоководных вида отличаются друг от друга, сообщают исследователи. Все эти рыбы - фонарь-рыба, рыба с трубчатым глазом и серебряный спинифин - имели по крайней мере пять генов RH1 и один - серебряный спинифин (Diretmus Argenteus) - 38. «Это неслыханное явление в зрении позвоночных», - говорит К. Кристиан Доннер, сенсорный биолог Хельсинкского университета.

читайте также

Чтобы убедиться, что лишние гены не были просто нефункциональными дубликатами, команда измерила активность генов у 36 видов, включая образцы 11 глубоководных рыб. Несколько генов RH1 были активны в глубоководных видах, а всего 14 - во взрослом серебряном спинифине, который живет на глубине до 2000 метров. «Сначала это кажется парадоксальным - именно здесь меньше всего света», - говорит Зальцбургер. Сетчатка серебряного спинифина (Diretmus argenteus) имеет необычное расположение элементов со слабым освещением, в которых содержатся разнообразные фоторецепторные белки. Некоторые из стержневых слоев укладываются друг на друга, чтобы наилучшим образом улавливать несколько фотонов, доступных на глубине ниже 1000 метров.

Исследователи могут предсказать длину волн, к которым белок опсина наиболее чувствителен по последовательности аминокислот. У глубоководных рыб было в общей сложности 24 мутации, которые изменяют функцию белков RH1, точно настраивая каждый для узкого диапазона длин волн синего и зеленого цвета - цвета биолюминесценции. «Некоторые из этих опсинов могут быть настроены на обнаружение определенных биолюминесцентных сигналов, связанных с пищей, опасностями или социальными взаимодействиями, - говорит Гил Росенталь, поведенческий эколог Техасского университета.

Четыре глубоководных вида принадлежат к трем различным ветвям семейства рыб, что свидетельствует о неоднократной эволюции наблюдений. «Это указывает на то, что животные, живущие в условиях экстремального освещения, могут подвергаться крайне естественному селективному давлению с целью улучшения визуальных характеристик», - говорит Эрик Варрант, визуальный эколог Лундского университета в Швеции.

Обилие опсинов также помогает объяснить необычную анатомию сетчатки спинефина. Некоторые из его стержневых ячеек намного длиннее обычного, и многие из них складываются один поверх другого, а не расположены в один слой. Увеличенные ячейки и штабелирование помогают обнаружить больше поступающих фотонов, но исследователи давно предполагают, что все эти стержни имеют один и тот же опсин. Теперь, похоже, что, как и слои старой фотопленки, стержни разных размеров могут улавливать различные длины волн света. «Теперь мы должны признать, что наше мнение о глубоководном видении слишком ограничено», - говорит Доннер. Из-за глубины обитания этих рыб невозможно собрать живые образцы, чтобы проверить их зрение.