Биология

Международная группа биологов обнаружила, что глубоководные рыбы игнорируют правила развития зрения позвоночных. Вместо того чтобы ждать формирования полноценных «ночных» рецепторов, их личинки используют клетки-гибриды: они выглядят как палочки, но устроены как колбочки.

Как считалось ранее, глаза всех позвоночных развиваются по единому сценарию: сначала формируются колбочки (они отвечают за дневное и цветное зрение), потом добавляются палочки (отвечают за черно-белое зрение в сумерках). Это логично для наземных животных или рыб мелководья, которые начинают жизнь при солнечном свете.

Однако для глубоководных рыб это правило создает парадокс. Их личинки вылупляются в сумеречной зоне океана (мезопелагиали), где обычные дневные колбочки бесполезны из-за нехватки света, а палочки еще не созрели. Как мальки выживают в темноте без подходящего инструментария?

Авторы исследования, опубликованного в журнале Science Advances, изучили развитие трех видов глубоководных рыб: рыбы-светляка (Vinciguerria), рыбы-топорика (Maurolicus) и светящегося анчоуса (Benthosema).

С помощью электронной микроскопии ученые исследовали физическую форму фоторецепторов сетчатки. Параллельно они использовали транскриптомику, чтобы прочитать РНК и понять, какие именно гены (белки-опсины) работают внутри этих клеток в данный момент.

Анализ выявил ранее неизвестный тип клеток — «трансмутировавшие» фоторецепторы. Это биологические химеры, сочетающие свойства обоих типов зрительных клеток. Форма досталась от палочки: клетки имеют длинный цилиндрический внешний сегмент. Это увеличивает площадь захвата света, позволяя улавливать редкие фотоны в темноте. Но внутри клеток работают гены и биохимические каскады, характерные для дневного зрения. Так, там синтезируются белки опсины Rh2, палочкам не свойственные.

Такое сочетание дает личинкам преимущество: они получают высокую чувствительность к свету (как у палочек) и способность быстро восстанавливаться после вспышек (как у колбочек).

Судьба этих гибридов у разных видов сложилась по-разному. У рыб-светлячков и анчоусов по мере взросления и ухода на большую глубину гибридные клетки заменяются настоящими палочками. А у рыбы-топорика (Maurolicus) эти «поддельные палочки» сохраняются на всю жизнь. Их сетчатка на 99% состоит из клеток, которые выглядят как палочки, но генетически это колбочки.

Открытие показывает удивительную пластичность эволюционных механизмов. Чтобы адаптироваться к вечным сумеркам, природе не пришлось изобретать глаз заново. Вместо этого она заставила дневные рецепторы принять форму ночных, что обеспечило выживание личинок в почти полной темноте.