Работая с безглазыми червями, ученые открыли принципиально новый тип белков, воспринимающих свет. Он относится к тому же классу, что и вкусовые рецепторы, и работает на два порядка эффективнее, чем обычный зрительный пигмент.

Об этом говорится в статье американских специалистов из Мичиганского университета, опубликованной в журнале Cell.

До настоящего времени у животных было известно только два типа фоторецепторов: криптохромы и опсины, последние из которых работают в составе сетчатки человека и других позвоночных. Авторы статьи нашли у червей нематод еще один, принципиально новый, тип соединений, способных реагировать на свет.

О его существовании ученые заподозрили, наблюдая, как эти крошечные создания старательно избегают вспышек света, несмотря на отсутствие глаз. Оказалось, что у нематод имеется белок LITE-1, чувствительный к ультрафиолету, но при этом устроенный так же, как мембранные вкусовые рецепторы.

Обычные зрительные пигменты животных состоят из двух частей - структурного белка и хромофора, отвечающего за поглощение фотонов (у человека в его роли выступает витамин А). Даже если нарушить конфигурацию белка, то хромофор частично сохраняет свои поглощающие функции. Напротив, если хоть немного изменить структуру LITE-1, то он полностью перестает поглощать свет. Следовательно, этот белок работает совершенно по иной схеме.

Судя по всему, ключевым фактором для работы LITE-1является местоположение аминокислоты триптофана. Исследователи добавили эту аминокислоту к вкусовым рецепторам из того же семейства GUR-3, что и LITE-1, и в результате они также стали реагировать на свет. Это доказывает, что в будущем биоинженеры смогут искусственно создавать новые разновидности фоторецепторов.

Интересно, что LITE-1 поглощает ультрафиолет в 10-100 раз эффективнее, чем обычные зрительные пигменты. Поэтому его можно будет использовать для защиты от солнечных лучей, а также в биологических исследованиях. Например, с помощью LITE-1 можно будет заставить реагировать на ультрафиолет те клетки, которые раньше этого не делали, и затем произвольно активировать их световыми лучами.

Источник: infox.ru

О светочувствительных органах у морских звёзд биологи знают уже 200 лет. Но до сих пор считалось, что это очень примитивные инструменты, что эти «глазки» на концах щупальцев годятся лишь для того, чтобы отличать свет от темноты.

Голубая морская звезда L. laevigata на рифе. (Фото Anders Garm / University of Copenhagen.)Однако специалистам Университета Копенгагена (Дания) удалось доказать, что глаза морских звёзд способны на большее, а не только на оценку силы освещения. Андерс Гарм и его коллеги изучали голубую морскую звезду Linckia laevigata, обитающую на скальных рифах Индийского и Тихого океанов. L. laevigata может отличать день от ночи благодаря светочувствительному белку опсину, синтезирующемуся в клетках, которые связаны с нервной системой животного. Когда наступает ночь, звезда это чувствует и отправляется закусить водорослями.

Глаз морской звезды (красный) на конце щупальца. (Фото Dan-Erik Nilsson / Lund University.)Однако было неясно, чем ограничивается зрение морской звезды: просто светочувствительностью или же она всё-таки может различать детали ландшафта. Чтобы проверить это, зоологи удалили фоторецепторы с щупальцев, причём у некоторых морских звёзд операцию проводили так, чтобы сам глаз оставался неповреждённым. Затем звёзд относили на песчаное дно, подальше от знакомого рифа. Чтобы не умереть от голода, звёзды должны были вернуться на риф.

По словам исследователей, сообщивших о результатах эксперимента на конференции Общества экспериментальной биологии в Валенсии (Испания), целенаправленно к рифу устремились те морские звёзды, которым сохранили фоторецепторы. Существа с удалёнными фоторецепторами тоже поспешили убраться с песчаного дна, но при этом расползались беспорядочно, в разные стороны.

То есть звёзды всё-таки видели окружающую местность достаточно подробно, чтобы найти дорогу к родному рифу.

С точки зрения эволюции это значит, что глаз как орган начал своё развитие раньше, чем считалось, и что при этом существовали некие промежуточные структуры, которые функционировали как глаз, но были довольно просты. В ходе развития фоторецепторы возникают двояким способом: либо из специальных нитевидных органелл, либо из цитоплазматических выростов на поверхности клетки. У морских звёзд есть рецепторы обоих типов происхождения, что говорит о том, что глаз этих иглокожих может быть довольно близок к древнейшим глазоподобным структурам.

Истчонгик: КОМПЬЮЛЕНТА

В глазу личинок дрозофил ничтожно мало фоторецепторов — всего 24 штуки (у человека, напомним, их 125 миллионов). Однако такая зрительная ущербность вовсе не мешает личинкам получать сложную, комплексную «картинку» из окружающей среды. Имея в своём распоряжении самый минимум фоторецепторов, мушиные личинки научились последовательно сканировать пространство, чтобы потом их мозг собрал из разрозненных кусочков целостное изображение.

Несмотря на свой невзрачный вид, личинки дрозофил владеют довольно хитроумным методом, который позволяет им, полуслепым, видеть больше, чем воспринимают их глаза. (Фото Nigel Cattlin / Corbis.)Исследователи из Университета Виргинии (США) обнаружили, что если личинку дрозофилы насильно привязать к дну чашки Петри, то другие личинки устремятся к ней в ответ на её судорожные движения. Возможно, инстинкт диктует им попытаться освободить сородича. Главное тут, впрочем, не взаимовыручка личинок, а то, как эти полуслепые создания с 24 пикселами в глазу вообще понимают, что кто-то рядом с ними зовёт на помощь. Может быть, они чувствуют вибрации или запах?

Эксперименты показали, что дело всё-таки в зрении. Как пишут авторы работы в Nature Communications, перед тем как устремиться на зов, свободные личинки совершали покачивающие движения головой из стороны в сторону, как бы удостоверяясь в том, что кому-то рядом нужна поддержка. Такая же реакция имела место и тогда, когда вместо живого пленника другим личинкам показывали видео с корчащимся червячком. Очевидно, что в случае видео ни об обонянии, ни о вибрациях и речи быть не может. Любопытно, что, когда скорость видеозаписи ускоряли или замедляли, личинки-«освободители» теряли к происходящему интерес. Кроме того, их никак не привлекали мёртвые и личинки других видов.

Иными словами, имея в распоряжении совсем немного «входных устройств» для сбора визуальной информации, личинки дрозофилы могут тем не менее получить довольно подробную картину происходящего: отличить живое от мёртвого, понять, свой ли вид просит о помощи, и насколько естественны призывные движения. Можно сказать, что мозг личинок видит больше, чем их глаза. Впрочем, такое же поведение можно увидеть и у людей с дефектами зрения: когда они оказываются в ситуации, в которой нужно что-то разглядеть, а света не хватает, они начинают точно так же сканировать пространство, вертя головой.

Выполнять сложную работу по сборке целостной картинки личинкам помогает их большой мозг. Хотя, конечно, его большие размеры весьма относительны: всего у личинок 20 тысяч нейронов, и учёные рассчитывают, что им не составит большого труда узнать, как происходит сборка изображения на нейронном уровне.

Источник: КОМПЬЮЛЕНТА