Как данио-рерио меняют полосы? Учёные приблизились к разгадке

Данио-рерио могут за секунды менять цвет своих характерных синих полос на жёлтый, когда испытывают стресс. Как и хамелеоны, они делают это за счёт структурных изменений, одновременно меняя ориентацию светоотражающих кристаллов гуанина на чешуе и коже.

В новом исследовании, опубликованном в Proceedings of the National Academy of Sciences, учёные выявили клеточный механизм, лежащий в основе этого изменения цвета. Используя передовые методы визуализации, они определили молекулы, структуры и сигнальные механизмы внутри клеток-иридофоров, которые работают вместе для смены цвета.

"Никто раньше не видел эти структуры на таком уровне и не показывал, как они реагируют на изменения света и цвета", — говорит Дженнифер Липпинкотт-Шварц, старший автор исследования.

Механизм изменения цвета

Исследователи с помощью высокоразрешающей микроскопии и синхротронной рентгеновской дифракции обнаружили, что внутри иридофоров кристаллы гуанина расположены стопками длинных пластинчатых структур. Изменение цвета происходит из-за одновременного и точного наклона этих кристаллов.

Процесс похож на движение жалюзи: когда данио-рерио испытывает стресс, все кристаллы наклоняются на угол 20 градусов. Это меняет расстояние между ними и угол падения света, что приводит к смене оптических свойств и превращению синих полос в жёлтые.

Движущие силы процесса

Методами live imaging учёные установили, что наклон кристаллов обеспечивают моторные белки динеины. Они "ходят" по микротрубочкам внутри клетки, соединяются с кристаллами и наклоняют их.

Процесс регулируется молекулой циклического АМФ (cAMP) — вторичным мессенджером, который активируется при стрессе. cAMP посылает сигнал множеству клеток одновременно, запуская наклон кристаллов и мгновенное изменение цвета всех полос.

Значение открытия

Новые данные помогают понять молекулярные механизмы изменения структурного цвета у других животных — от хамелеонов до веслоногих рачков, которые используют подобные изменения для коммуникации, терморегуляции и камуфляжа.

"Для меня это действительно наука, движимая любопытством... Но из этого могут выйти многие полезные вещи: от использования природы как источника принципов для биомиметики до оптических устройств", — говорит ведущий автор исследования Двир Гур.

Исследование также может пролить свет на то, почему у некоторых животных образуются такие молекулярные кристаллы, которые у людей могут формировать камни в почках и подагру.