В глубинах моря обитают виды рыб, которые могут обнаруживать световые волны различной длины в почти полной темноте. В отличие от других позвоночных, у них есть несколько генов светочувствительного фотопигмента родопсина, который, вероятно, позволяет этим рыбам обнаруживать биолюминесцентные сигналы от светоизлучающих органов. Результаты были опубликованы в журнале Science международной группой исследователей во главе с биологами-эволюционистами из Базельского университета.
Цветовое зрение у позвоночных обычно достигается за счет взаимодействия различных фотопигментов в колбочках сетчатки. Каждый из этих фотопигментов реагирует на определенную длину волны света. У людей, например, эти длины волн представляют собой красный, зеленый и синий диапазоны светового спектра. Однако цветовое зрение возможно только при дневном свете. В темноте позвоночные обнаруживают несколько доступных световых частиц с помощью своих светочувствительных клеток-палочек, содержащих только один тип фотопигмента родопсина, что объясняет, почему почти все позвоночные не различают цвета ночью.
Генетическая запись серебристых шиповников
Международная группа исследователей под руководством профессора Вальтера Зальцбургера из Базельского университета недавно проанализировала более 100 геномов рыб, в том числе рыб, обитающих в глубоководных местах обитания. Зоологи обнаружили, что некоторые глубоководные рыбы расширили свой репертуар генов родопсина. В случае с серебристым колючим плавником (Diretmus argenteus) они обнаружили не менее 38 копий гена родопсина в дополнение к двум другим опсинам другого типа.«Это делает обитающих в темноте серебристо-колючих плавников позвоночными с наибольшим количеством генов фотопигмента», - объясняет Зальцбургер.
Исследователи также сообщили, что каждая из многочисленных копий гена родопсина глубоководных рыб адаптирована для обнаружения определенной длины волны света. Они продемонстрировали это с помощью компьютерного моделирования и функциональных экспериментов на белках родопсина, регенерированных в лаборатории. Гены точно охватывают диапазон длин волн света, «вырабатываемого» светоизлучающими органами глубоководных организмов. Это известно как биолюминесценция, то есть способность организма излучать свет самостоятельно или с помощью других организмов. Например, удильщики своими биолюминесцентными органами привлекают добычу.
Обнаружение сигналов в темноте
Глубокое море является крупнейшей средой обитания на Земле, но при этом одной из наименее изученных из-за своей недоступности. Многие организмы приспособились к жизни в почти полной темноте этой негостеприимной среды. Например, у многих рыб развились высокочувствительные глаза-телескопы, которые позволяют им обнаруживать крошечное количество остаточного света, проникающего в глубины океана.
У позвоночных в белке родопсина было идентифицировано 27 ключевых участков спектральной настройки. Эти сайты напрямую влияют на то, какие длины волн обнаруживаются. Исследователи обнаружили, что в различных копиях генов глубоководного серебряного шипокрыла 24 из этих позиций имеют мутации.
«Похоже, что глубоководные рыбы развили это множественное зрение на основе родопсина несколько раз независимо друг от друга, и что это специально используется для обнаружения биолюминесцентных сигналов», - говорит Зальцбургер. Он добавляет, что это может дать глубоководным рыбам эволюционное преимущество, позволяя им гораздо лучше видеть потенциальную добычу или хищников.
«В любом случае, наши результаты помогают пересмотреть нынешнюю парадигму зрения позвоночных с точки зрения роли фоторецепторов палочек», - пишут зоологи. Это еще один пример, когда анализ полных геномов привел к новым биологическим открытиям.