Световые рецепторы определяют поведение рыбы-фонарика
Биологи из Рурского университета в Бохуме охарактеризовали новые, неизвестные ранее фоторецепторы у биолюминесцентной рыбы-фонарика Anomalops katoptron. Эти фоторецепторы, известные как опсины, позволяют рыбе обнаруживать свет с определённой длиной волны. Как сообщается в публикации от 11 июля 2018 года в Plos One, учёные обнаружили новые варианты опсинов, специализированные для обнаружения синего света низкой интенсивности в диапазоне длин волн биолюминесцентного света, излучаемого самой рыбой. Этот синий свет может влиять на поведение рыбы.
Авторы делают вывод, что эти специфические рецепторы синего света и обработка световых сигналов являются эволюционной адаптацией к экологической среде обитания рыбы. Исследование представляет собой междисциплинарный биологический подход, объединяющий опыт генетика д-ра Мину Новрузиан и проф. д-ра Ульриха Кюка, молекулярного биолога д-ра Мелани Марк, зоологов д-ра Йенса Хеллингера и д-ра Марселя Доннера, а также физиолога и оптогенетика проф. д-ра Стефана Херлитце.
Два варианта опсинов для обнаружения синего света
Несмотря на то, что биолюминесценция широко распространена в морской среде, в настоящее время неизвестно, как она обрабатывается и какие физиологические и поведенческие последствия вызывает у большинства видов. Рыбу-фонарик Anomalops katoptron можно увидеть на мелководье коралловых рифов в безлунные ночи, а днём она обитает в пещерах на глубине до 400 метров. Под глазами у неё расположены световые органы, которые производят синий свет с длиной волны 490 нанометров, используемый для обнаружения и охоты на добычу.
Исследовательская группа проанализировала состав фоторецепторов сетчатки и обнаружила два зрительных пигмента, напоминающих пигменты, экспрессируемые в сетчатке млекопитающих. Оба этих фоторецептора активируются синим светом низкой интенсивности в диапазоне около 490 нанометров, что соответствует диапазону длин волн её собственного биолюминесцентного света.
Рыбы обучаются во время кормления
Далее команда исследовала, использует ли Anomalops katoptron синий свет для поведенческих реакций. Они провели эксперимент по павловскому обусловливанию с восемью рыбами, где рыбы должны были ассоциировать кормление с определённым световым импульсом. «Рыб кормили в темноте, но мы использовали мощный красный фонарь, чтобы осветить зону кормления. Изначально мы думали, что рыбы не видят красный свет, — говорит Йенс Хеллингер, — но обнаружили, что они могут ассоциировать красный свет с пищей. Таким образом, как только мы включали красный свет в углу аквариума, рыбы заплывали в световой луч».
Учёные использовали это явление для проведения поведенческого теста, чтобы показать, что рыба-фонарик будет реагировать только на свет определённой длины волны. Они использовали гораздо меньшую интенсивность света по сравнению с красным фонарём и обнаружили, что рыбы теперь реагировали только на синий свет низкой интенсивности, но не на красный.
«Зрительная система рыбы-фонарика, по-видимому, адаптирована для обнаружения света низкой интенсивности, такого как свет звёзд или биолюминесцентный свет, чтобы корректировать своё поведение», — заключил Стефан Херлитце. Обнаружение слабого света открывает новую поведенческую функцию биолюминесценции у рыб.
Биолюминесценция включает химический процесс, при котором свободная энергия преобразуется в свет. Это явление встречается у самых разных видов — от бактерий, грибов и насекомых до позвоночных. Биолюминесцентный свет часто производится в специализированных клеточных органеллах или световых органах. Например, световые органы, заполненные симбиотическими бактериями, часто встречаются у глубоководных рыб для создания световых сигналов, влияющих на поведение.