Глаза некоторых морских существ эволюционировали, чтобы действовать как «глубиномер», позволяющий этим существам плавать в открытом океане на определенной глубине.
Новое новаторское исследование, проведенное группой международных ученых, в том числе профессором Гаспаром Джекели из Университета Эксетера, пролило новый свет на то, как морские планктонные животные используют свои простые глаза для измерения глубины в океане.
Все глаза воспринимают свет с помощью специализированных клеток, называемых фоторецепторами, которые бывают двух основных типов: цилиарные и рабдомерные. В то время как у ракообразных и насекомых есть рабдомерные фоторецепторы, у животных с позвоночником, включая человека, есть цилиарные фоторецепторы.
Однако существует также несколько групп животных, в основном морских обитателей, которые унаследовали оба типа фоторецепторов от своих предков, живших миллионы лет назад.
Новое исследование, проведенное экспертами Эксетерского института живых систем и сотрудниками Венского университета и Университета Эмори, позволило лучше понять, как два вида фоторецепторов взаимодействуют у такого морского обитателя, выделяя новые пролить свет на эволюцию глаз и фоторецепторов.
Исследователи изучили личинок морского червя Platynereis dumerilii. Личинки Platynereis представляют собой свободно плавающий планктон. У каждого из них прозрачный мозг и шесть маленьких пигментированных глаз, содержащих рабдомерные фоторецепторы. Это позволяет личинкам обнаруживать источники света и плавать к ним. Однако мозг личинок также содержит цилиарные фоторецепторы, роль которых ранее была неизвестна.
Новое исследование показало, что ультрафиолетовый свет активирует эти цилиарные фоторецепторы, тогда как голубой или сине-зеленый свет подавляет их. Облучение ультрафиолетовым светом личинок Platynereis заставляет личинок плавать вниз. Напротив, голубой свет активирует рабдомерные пигментированные глаза и заставляет личинок плавать вверх.
В океане ультрафиолетовый свет наиболее интенсивен у поверхности, а голубой свет достигает больших глубин. Таким образом, показано, что цилиарные фоторецепторы помогают Platynereis избегать вредного ультрафиолетового излучения вблизи поверхности. Хотя, если личинки заплывают слишком глубоко, голубой свет подавляет фоторецепторы ресничек и активирует рабдомерные пигментированные глаза. Это заставляет личинок снова всплывать вверх.
Исследовательская группа также использовала мощную электронную микроскопию, чтобы показать, что нейронные цепи, содержащие цилиарные фоторецепторы, обмениваются сообщениями с цепями, содержащими рабдомерные фоторецепторы, что позволяет предположить, что они работают вместе, образуя «измеритель глубины».
Позволяя личинкам плавать на заданной глубине, глубиномер влияет на то, где черви окажутся во взрослом состоянии.
Профессор Гаспар Джекели из Эксетерского института живых систем сказал: «Идея о том, что морские животные могут использовать свет для оценки своей глубины, уже была высказана теоретиком, но, насколько нам известно, такой механизм используется впервые. были экспериментально изучены."
Чаба Верасто, один из первых авторов исследования, добавил: «Обнаружение различных типов света с помощью различных фоторецепторных клеток в морском планктоне могло быть наследственной основой для обнаружения света у животных».
Глубиномер у личинок Platynereis представляет собой важный новый механизм, влияющий на распределение морских животных. Его открытие также должно стимулировать новые идеи об эволюции глаз и фоторецепторов.
Цилиарные и рабдомерные фоторецепторно-клеточные цепи образуют спектральный глубиномер морского зоопланктона, опубликовано в журнале eLife.