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.

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

у цианобактерий. Оказалось, что клетка сине-зеленой водоросли

фокусирует свет по тому же принципу, что и человеческий глаз.