Управление камуфляжем у личинок данио проследили до конкретных клеток глаза и мозга

Способность некоторых животных динамически менять цвет, чтобы соответствовать яркости окружения, — один из главных инструментов выживания в природе. Исследователи из департамента «Гены — Цепи — Поведение» Института биологического интеллекта Общества Макса Планка определили клетки и связи, лежащие в основе этой реакции у личинок рыбок данио, проследив процесс от обнаружения света в глазу до изменения цвета кожи.

Когда личинки плавают на светлом фоне, они бледнеют в течение десятков минут, что помогает им избегать внимания хищников. Новое исследование, опубликованное в Current Biology, дало важные сведения об этом процессе.

Прослеживая путь

Изменение цвета происходит в специализированных клетках кожи — меланофорах, где частицы меланина либо собираются в кучку (рыбка светлеет), либо распространяются (рыбка темнеет). Исследование определило типы клеток, которые обнаруживают свет в сетчатке и контролируют гормональные сдвиги в мозге.

«Ганглионарные клетки сетчатки в глазу обнаруживают свет и передают этот сигнал в виде нейронной активности нейронам в гипоталамусе мозга. Те, в свою очередь, производят гормон и выделяют его в кровоток, заставляя рыбку светлеть. В то же время свет, действуя опять же на ганглионарные клетки сетчатки, подавляет другой гормон в другой популяции нейронов, который затемняет кожу», — говорит Красимир Сланчев, старший научный сотрудник института и первый автор статьи. Он добавляет: «Система работает как диммер с двумя регуляторами, работающими в противоположных направлениях».

От обнаружения до камуфляжа

Клетки сетчатки, инициирующие изменение цвета, ощущают интенсивность окружающего света напрямую через светочувствительный белок меланопсин, а не полагаются на обычные фоторецепторы глаза. Они контролируют один из двух гормонов, концентрирующих меланин, у рыб — один регулирует камуфляж, а другой контролирует голод и энергетический баланс. Млекопитающие утратили гормон изменения цвета, но сохранили его аналог.

Команда использовала генную инженерию и флуоресцентное мечение для визуализации связей, удаления конкретных клеток и отслеживания отдельных нейронов от глаза через мозг. Прозрачные личинки данио идеально подошли для этого исследования.

«Изменение цвета критически важно для того, как некоторые животные избегают хищников, находят партнеров, охотятся и живут своей жизнью, — говорит Хервиг Байер, директор департамента. — Эта работа открывает более широкие вопросы о том, как сенсорная информация преобразуется в гормональные сигналы и как этот древний ответ позвоночных был утрачен при эволюции млекопитающих».