Глаза как «глубиномер»: фоторецепторы морского планктона помогают выживать

Глаза некоторых морских существ эволюционировали, чтобы действовать как «глубиномер», позволяя им держаться на определённой глубине в открытом океане.

Новое исследование международной команды учёных, включая профессора Гаспара Йекели из Эксетерского университета, показало, как планктонные животные используют свои простые глаза для измерения глубины.

Все глаза обнаруживают свет с помощью специализированных клеток — фоторецепторов. Существует два основных типа: ресничные (ciliary) и рабдомерные (rhabdomeric). Членистоногие и насекомые имеют рабдомерные фоторецепторы, а позвоночные, включая человека, — ресничные. Однако некоторые группы морских животных унаследовали оба типа фоторецепторов от своих древних предков.

Учёные из Института живых систем Эксетера и их коллеги из Венского университета и Университета Эмори изучили личинок морского червя Platynereis dumerilii. Эти свободноплавающие личинки имеют прозрачный мозг и шесть маленьких пигментированных глаз с рабдомерными фоторецепторами, которые позволяют обнаруживать свет и плыть к его источнику. В мозге личинок также присутствовали ресничные фоторецепторы, чья роль была неизвестна.

Исследование выявило, что:

• Ультрафиолетовый свет активирует ресничные фоторецепторы, заставляя личинок плыть вниз.
• Голубой (циановый) свет ингибирует ресничные и активирует рабдомерные фоторецепторы в пигментированных глазах, заставляя личинок плыть вверх.

В океане ультрафиолет наиболее интенсивен у поверхности, а голубой свет проникает на большую глубину. Таким образом, ресничные фоторецепторы помогают личинкам избегать вредного УФ-излучения у поверхности. Если же они заплывают слишком глубоко, голубой свет «отключает» ресничные фоторецепторы и включает рабдомерные, заставляя личинок снова подниматься.

Электронная микроскопия также показала, что нейронные цепи с ресничными фоторецепторами обмениваются сигналами с цепями, содержащими рабдомерные фоторецепторы, что указывает на их совместную работу как единого «глубиномера».

Этот механизм, влияя на предпочтительную глубину плавания личинок, определяет, где в итоге окажутся взрослые черви.

Профессор Гаспар Йекели отметил: «Хотя теоретики уже предполагали, что морские животные могут использовать свет для оценки глубины, наше исследование впервые экспериментально изучило такой механизм».

Как добавил один из первых авторов работы Чаба Верасто, «обнаружение разных типов света разными фоторецепторными клетками у морского планктона, возможно, было предковым механизмом светочувствительности у животных».

Это открытие представляет собой важный новый механизм, влияющий на распределение морских животных, и стимулирует новые идеи об эволюции глаз и фоторецепторов.

Исследование Ciliary and rhabdomeric photoreceptor-cell circuits form a spectral depth gauge in marine zooplankton опубликовано в журнале eLife.