Биологи из Рурского университета в Бохуме охарактеризовали новые, неизвестные фоторецепторы биолюминесцентной рыбы-вспышки Anomalops katoptron. Фоторецепторы, известные как опсины, позволяют рыбам обнаруживать свет с определенной длиной волны. Как было опубликовано 11 июля 2018 года в PLOS ONE, ученые обнаружили новые варианты опсинов, которые специализируются на обнаружении синего света низкой интенсивности в диапазоне длин волн биолюминесцентного света, излучаемого рыбой. Синий свет можно использовать для воздействия на поведение рыбы.
Авторы приходят к выводу, что эти специфические рецепторы синего света и обработка света являются эволюционной адаптацией рыб к экологической среде. Исследование представляет собой междисциплинарный биологический подход, сочетающий в себе опыт генетика доктора Мину Новрусяна и профессора доктора Ульриха Кюка, молекулярного биолога доктора Мелани Марк, зоологов доктора Йенса Хеллингера и доктора Марселя Доннера, а также физиолога и оптогенетика профессора доктора Стефана Херлитце.
Два варианта опсина для обнаружения синего света
Помимо того факта, что биолюминесценция является широко распространенным явлением в морской среде, в настоящее время неизвестно, как биолюминесценция обрабатывается и какие физиологические и поведенческие последствия биолюминесценция вызывает у большинства видов. Рыбу-фонарик Anomalops katoptron можно увидеть на мелководье коралловых рифов в безлунные ночи, а днем она встречается в пещерах глубиной до 400 метров. Под глазами расположены световые органы, излучающие синий свет с длиной волны 490 нанометров, который используется для обнаружения и охоты на добычу.
Исследовательская группа проанализировала состав фоторецепторов сетчатки и обнаружила два зрительных пигмента, которые напоминают зрительные пигменты, выраженные в сетчатке млекопитающих. Оба этих фоторецептора активируются синим светом низкой интенсивности в диапазоне 490 нанометров, что соответствует диапазону длин волн их собственного биолюминесцентного света.
Рыба кондиционируется во время кормления
Далее исследовательская группа проанализировала, использует ли катоптрон Anomalops синий свет для поведенческих реакций. Они выполнили задачу кондиционирования Павлова с восемью рыбами, где рыба должна была ассоциировать кормление с определенным световым импульсом. «Рыбу кормили в темноте, но мы использовали сильный красный фонарик, чтобы осветить зону кормления. Изначально мы думали, что рыба не видит красный свет, - говорит Йенс Хеллингер, - но обнаружили, что они могут ассоциировать красный свет с едой».. Таким образом, как только мы включили красный свет в углу аквариума, рыбки поплыли на световой луч."
Ученые использовали это явление для проведения поведенческого теста, чтобы показать, что рыба-фонарик будет реагировать только на определенную длину волны света. Они использовали гораздо более низкую интенсивность света по сравнению с красным фонариком и обнаружили, что рыба теперь реагировала только на синий свет низкой интенсивности, но не на красный свет.
Адаптация к звездному свету и биолюминесценция
«Зрительная система рыб-фонариков, по-видимому, приспособлена для обнаружения слабоинтенсивного света, такого как свет звезд или биолюминесцентный свет, для корректировки их собственного поведения», - заключил Штефан Херлитце. Детектирование при слабом освещении выявило новую поведенческую функцию биолюминесценции у рыб.
Биолюминесценция
Биолюминесценция включает химический процесс, при котором свободная энергия преобразуется в свет. Это явление встречается у различных видов от бактерий, грибов и насекомых до позвоночных. Биолюминесцентный свет часто производится в специализированных клеточных органеллах или световых органах. Световые органы, заполненные симбиотическими бактериями, например, часто встречаются у глубоководных рыб, чтобы производить световые сигналы, связанные с поведением.