Зоологи из Университета Британской Колумбии впервые установили микроструктуру и происхождение глаза некоторых ядерных одноклеточных организмов из группы динофлагеллят.
Хотя само наличие светочувствительных структур у одноклеточных было известно и ранее, высокая сложность исследованной системы оказалась неожиданной для ученых. Соответствующая работа вышла в Nature.
Авторы статьи изучали три вида одноклеточных динофлагеллят-варновидов, собранных ими в водах канадской британской Колумбии и Японии. У всех них имелся оцеллоид (глазоподобная структура), который при внимательном изучении по многим ключевым признакам оказался сходен с настоящим глазом многоклеточного животного. В нем есть структуры, функционально близкие к хрусталику (выполняющему роль линзы), роговице, зрачку и сетчатке.
Детально изучив снимки электронного микроскопа, ученые пришли к выводу, что аналог роговицы этих одноклеточных образован из митохондрий, субклеточных органелл, обычно обеспечивающих клетку энергией. Светочувствительная «сетчатка», как показали авторы, собрана из сильно измененных пластид, сходных с пластидами красных водорослей, давних симбионтов варновид. В самих водорослях пигменты пластид отвечают за фотосинтез, в то время как у варновид они просто улавливают свет — так же, как светочувствительные пигменты глаз животных (хлоропласты растений — это тоже пластиды).
Варновиды не размножаются в лаборатории, поэтому выделение из них достаточного количества генетического материала для анализа до сих пор было невозможно. Исследователям пришлось воспользоваться самой современной технологией — получать РНК из единичных клеток и препаратов оцеллоида. В результате выяснилось, что генетически материал оцеллоида максимально близок к ДНК пластид водорослей – в значительно большей степени, чем препарат остальных частей клетки.
Хотя роль оцеллоида пока не вполне ясна, ученые предполагают, что варновиды могут использовать его при охоте. Так это или нет установить очень трудно, так как данных об экологии этих протист очень скудны из-за невозможности выращивать в лаборатории.
Как отмечают авторы работы, выявление того факта, что чрезвычайно сложная структура одноклеточного организма может быть построена на базе имеющихся у него субклеточных органелл, показывает, что конвергентная эволюция способна обеспечить создание сходных по строению и функциям структур у живых организмов принципиально разного уровня сложности. «Глаз» варновид выглядит настолько сложным для одноклеточного, что ранее другие научные группы принимали его за фрагмент глаза более крупного животного, проглоченного варновидами.
Ранее светочувствительные компоненты клеток обнаруживались у одноклеточных фотосинтетических организмов, таких как Euglena gracilis и Chlamydomonas reinhardtii. Однако у них они служили для определения направления падающего света и позволяли организму менять ориентацию своих пластид относительно солнечных лучей таким образом, чтобы оптимизировать эффективность фотосинтеза.
Автор: Александр Березин