Связь серпинов с биливердином подарила лягушкам сине-зеленый окрас

Сине-зеленая окраска некоторых бесхвостых амфибий обеспечивается комплексами желчного пигмента биливердина с белками серпинами, сообщается в Proceedings of the National Academy of Sciences. Такие комплексы содержатся в разных тканях животных за пределами клеток, то есть не входят в состав обычных хроматофоров. Серпины меняют спектр отражения биливердина в теле лягушек, квакш и прочих так, что их становится невозможно отличить по цвету от листьев растений, которые их окружают.

У некоторых животных покровы тела или хотя бы их часть сине-зеленого цвета. Такой окрас достигается либо пигментами в особых клетках — хроматофорах (хотя порой пигменты могут лежать и за пределами клеток, в пространстве между ними), либо за счет структуры поверхностей чешуи, кожи, перьев и прочего.

Однако у ряда сине-зеленых бесхвостых амфибий хроматофоров очень мало, а поверхность кожи не предполагает структурной окраски. Их зеленый цвет обеспечивается наличием в крови биливердина — продукта распада гемоглобина, основного пигмента эритроцитов. У человека биливердин быстро переходит в билирубин, и увидеть высокие концентрации первого можно лишь при некоторых патологиях печени. Но и в этом случае содержание биливердина в крови у людей по крайней мере в 4 раза ниже, чем в крови амфибий, окраску которых обеспечивает это соединение. Однако если незеленым амфибиям ввести в кровь биливердин или каким-то иным образом поднять его концентрацию, зелеными они не становятся. Значит, кроме этого пигмента на окраску животных влияет что-то еще.

Биологи из Аргентины, Бразилии, США и Эквадора под руководством Сары Бари (Sara E. Bari) из Университета Буэнос-Айреса попробовали выяснить, какую роль помимо придания цвета играет биливердин в организме бесхвостых амфибий, чья окраска обеспечивается этим соединением, и как достигаются его высокие концентрации. Для этого они исследовали образцы тканей с сине-зеленой окраской у 11 видов из семейств Hylidae (квакши) и Centrolenidae (стеклянные лягушки). Ученые выделили из них биливердин и белки, способные с ним связываться, — серпины. Исследователи установили их аминокислотный состав и, используя знания о родстве различных видов амфибий, установили, как биливердин-связывающие серпины могли выглядеть, когда только появились у лягушек в широком смысле слова. Также авторы использовали флуоресцентную спектроскопию и круговой дихроизм.

Спектры отражения различных серпинов, которые связываются с биливердином, позволили понять, как их комплексы регулируют окраску квакш и стеклянных лягушек. Оказалось, что они у биливердин-связывающих серпинов близки к таковым для фитохромов и бактериофитохромов — белков, связанных с билиновыми (желчными) пигментами и придающими сине-зеленую окраску растениям и цианобактериям соответственно. В результате животные оказываются практически неотличимы по цвету от листьев растений, на которых они сидят — притом не только в видимой, но и в ближней инфракрасной части спектра. Биливердин-связывающие серпины, соединяясь с биливердином, меняют спектры отражения различных тканей амфибий, благодаря чему те могут маскироваться под поверхности различных оттенков в зависимости от надобности.

Сравнение аминокислотных последовательностей биливердин-связывающих серпинов у разных видов бесхвостых амфибий показало, что функцию регулятора окраски эти вещества приобретали несколько раз независимо в различных семействах лягушек. Есть у серпинов амфибий и другие функции помимо обеспечения цвета. Изначально это ингибиторы протеаз, то есть ферментов, разрушающих белки. Однако некоторые аминокислотные замены в биливердин-связывающих серпинах Boana punctata и других видов таковы, что заставляют усомниться в наличии у этих белков ингибиторной функции. Также вероятно, что у стеклянных лягушек и квакш они помимо обеспечения окраски участвуют в переносе гормонов в клеткам: определенные белки-глобулины связывают молекулы гормонов (в первую очередь стероидов) и транспортируют их куда-либо, а серпины там отщепляют гормоны от глобулинов.

Получается, что по крайней мере у некоторых бесхвостых амфибий с небольшим количеством хроматофоров сине-зеленая окраска обеспечивается не зеленым пигментом биливердином самим по себе, а его комплексами с различными белками серпинами. Серпины — крупное семейство ингибиторов протеаз, и понимание того, что этим их функции не ограничиваются, расширяет наши представления о них.

Ранее в этом году зоологи из нескольких американских и европейских стран обнаружили, что для маскировки амфибиям не обязательно быть какого-то конкретного цвета: прозрачность тела, пусть и неполная, может играть у них роль камуфляжа. А в 2015 другие специалисты по амфибиям выяснили, что поведение маленьких древолазов (Oophaga pumilio) зависит от их окраски: красные особи агрессивнее зеленых.

Светлана Ястребова