Рыбы-губаны видят и глазами и кожей
Американские ученые заметили, что рыбы губаны меняют цвет кожи и подстраиваются под окружающую среду независимо от действий глаз и мозга. Изучив их клетки, биологи обнаружили гены особого белка опсина, через который проходит свет. Этот механизм сенсорной обратной связи поможет в разработке бионических протезов и машин с автопилотом. Исследование опубликовано в журнале Nature Communications.
Губаны — это рыбы, обитающие в западной части Североатлантического океана от Северной Каролины до Бразилии. Они известны своей способностью менять цвет кожи, как осьминоги и хамелеоны, и сливаться с кораллами, песком или камнями. Однажды Лори Швейкерт, автор исследования, увидела, как губан продолжает менять свой цвет даже после смерти. Возник вопрос — как рыба продолжает реагировать на свет без действия мозга и глаз? Аналогичных исследований еще не было, поэтому американские ученые решили взять это в свои руки.
Еще в 2018 году ученые обнаружили ген светочувствительного белка под название опсин. В этом году они объединились снова, чтобы детальнее исследовать фоторецепцию губанов. Биологи взяли несколько кусочков чешуи из разных областей тела — спинной, брюшной и хвостовой — и сделали их фото под микроскопом. Так они увидели структуру рыбной кожи: на ней находится много цветовых точек (хроматофоров). В этих ячейках содержатся гранулы пигмента, которые могут быть черными, красными или желтыми. Именно движение этих гранул определяет цвет губана — когда они собраны вместе, тело прозрачнее, а если гранулы распределены по клетке, то цвет становится темнее.
Для следующего этапа ученые использовали метод иммунномечения: они отделили опсины и заметили, что эти белки не вырабатываются в хроматофорах. Вместо этого они находятся в других клетках под пигментными ячейками.
«Это означает, что свет, попадающий на кожу, должен сначала пройти через заполненные пигментом хроматофоры, прежде чем он достигнет светочувствительного слоя», — рассказала Лори Швейкерт.
Опсины губана действуют как полароид. Они фиксируют изменения в свете, который проникает через цветные гранулы, когда они собираются вместе или расходятся по клетке.
«Просто для ясности, мы не утверждаем, что кожа этих рыб функционирует подобно глазу», — добавила Лори Швейкерт. Глаза делают больше, чем просто улавливают свет — они формируют изображения. «У нас нет никаких доказательств того, что именно это происходит с их кожей», — отметили ученые.
Работу опсинов можно назвать механизмом сенсорной обратной связи. Он позволяет губану следить за цветом тела и настраивать его в соответствии с тем, что видят его глаза.
В будущем исследование можно использовать для разработки бионических протезов и машин с функцией автопилота. Механизм их работы схож с жизнью губана — нужно точно настраивать свои действия, полагаясь не только на зрение или другие внешние данные.
Автор: Ксения Земскова
Schweikert, L.E., Bagge, L.E., Naughton, L.F. et al. Dynamic light filtering over dermal opsin as a sensory feedback system in fish color change.Nat Commun 14, 4642 (2023). https://doi.org/10.1038/s41467-023-40166-4