Ученые раскрыли, как змеи «видят» ночью

Ученые впервые показали, как некоторые змеи могут обнаруживать слабое тепло тела мыши на расстоянии метра с достаточной точностью и скоростью, чтобы охотиться в темноте.

Десятилетиями было известно, что гремучие змеи, удавы и питоны имеют так называемые лицевые ямки между глазом и ноздрей, которые могут улавливать даже крошечные количества инфракрасного излучения — тепла — в окружающей среде.

Среди ямкоголовых змей западный ромбический гремучник, обитающий на севере Мексики и юго-западе США, стоит особняком: его способность к теплопеленгации в 10 раз острее, чем у его сородичей.

Даже с заклеенными глазами эта змея способна отслеживать и убивать добычу.

Однако точный механизм, с помощью которого рептилии обнаруживают и преобразуют инфракрасные сигналы в нервные импульсы, оставался загадкой и предметом споров.

Одной из гипотез был фотохимический процесс, лежащий в основе зрения, когда глаз воспринимает электромагнитное излучение (для людей — видимый свет) в виде фотонов, активирующих рецепторные клетки.

Но молекулярный биолог Дэвид Джулиус из Калифорнийского университета в Сан-Франциско в лабораторных экспериментах показал, что у змеиного «шестого чувства» работает другой неврологический путь.

«В данном случае инфракрасное излучение фактически обнаруживается внутри ямки как тепло. Мы нашли ответственную за это молекулу», — заявил Джулиус.

Очень тонкая мембрана внутри ямки (по сути, полой костной полости) нагревается, когда излучение проникает через отверстие в коже. Находясь в полости, мембрана чрезвычайно чувствительна к изменениям температуры.

«Нагретая ткань затем передает сигнал нервным волокнам, чтобы активировать идентифицированные нами рецепторы» — каналы TRPA1.

Задействованный нейрохимический путь указывает на то, что змеи скорее чувствуют тепло, чем видят его.

«Обнаруженная нами молекула принадлежит к семейству рецепторов, связанных с путями передачи боли у млекопитающих», — пояснил Джулиус.

У людей эквивалентный механизм называют «рецептором васаби», поскольку он позволяет нашей сенсорной нервной системе обнаруживать раздражители, такие как эта японская приправа. Однако у людей он не активируется теплом.

Открытие, опубликованное в Nature, также может пролить свет на эволюцию змей, которые существуют на планете более 100 миллионов лет.

«Изучение изменений в сенсорных молекулах — интересный способ взглянуть на эволюцию, потому что по мере того, как животные занимают разные ниши, чувствуют разные запахи и вкусы, охотятся на разных животных, их сенсорные системы должны адаптироваться», — отметил Джулиус.

Результаты также показывают, что силы естественного отбора создали один и тот же удивительный механизм теплопеленгации у рептилий в ходе независимой эволюции.

В отличие от удавов и питонов, у которых также есть лицевые ямки, гадюки (включая гремучих змей) в эволюционном плане появились относительно недавно и, следовательно, должны были развить ту же способность независимо.

«Поразительно думать, что случайные мутации могли привести к одному и тому же решению более одного раза», — заключил Джулиус.