В новой работе, опубликованной в Science Advances, международная группа ученых обнаружила у личинок глубоководных рыб новый путь развития сетчатки глаз. Это не только меняет фундаментальные представления о развитии глаз, но и демонстрирует, как эволюция находит изящные решения для экстремальных условий обитания.
Долгое время считалось, что развитие сетчатки у всех позвоночных происходит одинаково: на ранних стадиях жизни формируются колбочки – фоторецепторы для дневного, цветного зрения, а по мере взросления к ним добавляются высокочувствительные палочки, отвечающие за зрение в темноте. Эта логика идеально подходит для большинства рыб, плавающих в ярко освещенных поверхностных водах. Но так ли это для рыб, которые с первых дней жизни обитают в темноте океанских глубин, где обычные дневные колбочки бесполезны из-за нехватки света, а палочки еще не созрели?
Авторы исследования изучили три вида глубоководных рыб из Красного моря – Vinciguerria mabahiss, Benthosema pterotum и Maurolicus mucronatus – от только что вылупившихся личинок до взрослых особей. Ученые использовали комплексный подход: изучение активности генов, световую и электронную микроскопию, а также компьютерное моделирование для предсказания спектральной чувствительности.
Оказалось, что глаза личинок всех трех видов рыб заполнены клетками, которые выглядели как типичные палочки: длинные, цилиндрические, но внутри происходят молекулярные процессы, как в колбочках – они экспрессировали гены колбочковых опсинов (в частности, чувствительного к зеленому свету гена rh2), для палочек не характерные.
Получается, что эти «палочковидные колбочки» выступают своего рода эволюционным компромиссом. Клетки длинные и цилиндрические, что увеличивает площадь захвата света, позволяя улавливать редкие фотоны в темноте, но внутри они работают как колбочки, что идеально для обитания в сумерках.
Дальнейшее развитие сетчатки у разных видов рыб пошло по двум разным путям. У Vinciguerria mabahiss и Benthosema pterotum, которые по мере взросления уходят в полную темноту, произошло переключение. «Палочковидные колбочки» исчезли, уступив место настоящим палочкам: клетки сохранили свою форму, но молекулярные процессы стали как у палочек – начал экспрессироваться ген опсина rh1. У Maurolicus mucronatus, которые всю жизнь проводят в сумеречной зоне, такого переключения не произошло, и их взрослая сетчатка на 99% состоит из тех же «палочковидных колбочек».
Открытие «палочковидных колбочек» у трех неродственных групп рыб (эволюционные линии которых разошлись почти 200 миллионов лет назад) говорит о том, что это может быть способом адаптации к жизни в условиях недостатка света. Это исследование ставит под сомнение жесткую классификацию фоторецепторов на палочки и колбочки, предлагая рассматривать «трансмутированные» типы как самостоятельное эволюционное приобретение.
Текст: Юлия Баимова