Ядра палочек ночных млекопитающих работают как микролинзы

Исследователи из Мюнхенского университета имени Людвига-Максимилиана, Института исследований мозга Общества Макса Планка во Франкфурте и Кавендишской лаборатории в Кембридже обнаружили, что ночной образ жизни уникальным образом повлиял на организацию ядер фоторецепторов-палочек у млекопитающих.

Необычная архитектура ядра

В ядрах почти всех организмов, от простейших до многоклеточных животных, менее плотно упакованные активные регионы ДНК (эухроматин) расположены в центре, а плотные неактивные регионы (гетерохроматин) — на периферии. Это «конвенциональная архитектура».

У ночных млекопитающих в ядрах палочек эта организация инвертирована: гетерохроматин собран в центре ядра, а эухроматин образует периферическую оболочку.

Физический принцип улучшения зрения

Эволюция использовала физическое свойство гетерохроматина: из-за более плотной упаковки он имеет более высокий показатель оптического преломления, чем эухроматин.

• Собранный в ядре гетерохроматин действует как микролинза, фокусирующая свет.
• Ядра палочек расположены колонками, создавая стопку таких линз.
• Компьютерное моделирование показало, что эта система эффективно направляет слабый свет через толщу сетчатки к светочувствительным наружным сегментам палочек с минимальными потерями.

Это решает «дилемму ночного зрения»: большое количество палочек для улавливания света делает сетчатку толще, что увеличивает рассеивание света.

Эволюционный контекст

Такая необычная организация ядер палочек, вероятно, возникла более 100 миллионов лет назад, когда предки современных млекопитающих перешли к ночному образу жизни.

• Ночные потомки сохранили инвертированную архитектуру.
• Виды, вторично перешедшие к дневному образу жизни (включая человека), вернулись к конвенциональной организации ядер.

Это указывает, что конвенциональная архитектура в целом имеет преимущества (например, для трехмерных взаимодействий генов), но для ночных млекопитающих перевесило преимущество улучшенного зрения в условиях слабого освещения.

Источник: Irina Solovei et al., Nuclear architecture of rod photoreceptor cells adapts to vision in mammalian evolution, Cell, 17 апреля 2009.