Почему у рыбы-кабана в коже есть детектор света?

Заполните форму ниже, и мы вышлем вам по электронной почте PDF-версию статьи «Почему у рыбы-кабана в коже есть детектор света?»

Заполните форму ниже, чтобы разблокировать доступ ко ВСЕМ аудиостатьям.

Несколько лет назад во время рыбалки на островах Флорида-Кис биолог Лори Швайкерт столкнулась лицом к лицу с необычным явлением быстрой перемены. Она вытащила заостренную рифовую рыбу, называемую свиньей, и забросила ее на борт. Но позже, когда она пошла положить его в холодильник, она заметила кое-что странное: его кожа приобрела тот же цвет и узор, что и палуба лодки.

Рыба-свинья, распространенная в западной части Атлантического океана от Северной Каролины до Бразилии, известна своей меняющей цвет кожей. Этот вид может за несколько миллисекунд меняться от белого до пятнистого и красновато-коричневого, сливаясь с кораллами, песком или камнями.

Тем не менее, Швейкерт был удивлен, потому что эта рыба-свинья продолжала маскироваться, хотя ее уже не было в живых. Это заставило ее задуматься: может ли рыба-свинья обнаруживать свет, используя только кожу, независимо от глаз и мозга?

Подпишитесь на ежедневный информационный бюллетень Technology Networks, чтобы каждый день доставлять последние научные новости прямо на ваш почтовый ящик.

«Это открыло для меня всю эту область возможностей», — сказал Швейкерт.

В последующие годы Швейкерт начал исследовать физиологию «кожного зрения» в качестве постдокторанта в Университете Дьюка и Международном университете Флориды.

В 2018 году Швейкерт и биолог из Дьюка Зёнке Джонсен опубликовали исследование, показывающее, что рыба-свинья несет ген светочувствительного белка, называемого опсином, который активируется в их коже, и что этот ген отличается от генов опсина, обнаруженных в их глазах.

Было обнаружено, что другие меняющие цвет животные, от осьминогов до гекконов, также вырабатывают светочувствительные опсины в своей коже. Но неясно, как именно они используют их для изменения цвета.

«Когда мы нашли его у рыбы-свинья, я посмотрел на Зёнке и сказал: зачем в коже детектор света?» сказал Швейкерт, ныне доцент Университета Северной Каролины в Уилмингтоне.

Одна из гипотез заключается в том, что светочувствительная кожа помогает животным воспринимать окружающую среду. Но новые результаты предполагают другую возможность — «что они могли использовать его, чтобы видеть себя», — сказал Швейкерт.

В исследовании, опубликованном 22 августа в журнале Nature Communications, Швейкерт, Джонсен и его коллеги объединились, чтобы поближе изучить кожу свиньи.

Исследователи взяли кусочки кожи с разных частей тела рыбы и сфотографировали их под микроскопом.

Вблизи кожа свиньи выглядит как картина пуантилистов. Каждая цветная точка представляет собой специализированную клетку, называемую хроматофором, содержащую гранулы пигмента, который может быть красным, желтым или черным.

Именно движение этих пигментных гранул меняет цвет кожи. Когда гранулы распространяются по клетке, цвет становится темнее. Когда они собираются вместе в крошечное пятно, которое трудно увидеть, клетка становится более прозрачной.

Затем исследователи применили метод иммуномечения, чтобы обнаружить белки опсина в коже. Они обнаружили, что у рыбы-свиньи опсины не производятся в меняющих цвет хроматофорных клетках. Вместо этого опсины располагаются в других клетках непосредственно под ними.

Изображения, сделанные с помощью трансмиссионного электронного микроскопа, выявили ранее неизвестный тип клеток, расположенный чуть ниже хроматофоров и упакованный белком опсином.

Это означает, что свет, попадающий на кожу, должен сначала пройти через заполненные пигментами хроматофоры, прежде чем он достигнет светочувствительного слоя, сказал Швейкерт.

По оценкам исследователей, молекулы опсина в коже свиньи наиболее чувствительны к синему свету. Это длина волны света, которую пигментные гранулы в хроматофорах рыб поглощают лучше всего.

Результаты показывают, что светочувствительные опсины рыб действуют как внутренняя пленка Polaroid, улавливая изменения в свете, который способен фильтроваться через заполненные пигментом клетки выше, когда гранулы пигмента группируются или разветвляются.