В глазах рака-богомола нашли переключатель цветов

Хищный ротоногий рак Neogonodactylus oerstedii (англ. mantis shrimp).

У рака-богомола Neogonodactylus oerstedii, представителя отряда ротоногих (Stomatopoda) обнаружили необычные зрительные пигменты, способные переключаться под действием света. Часть из них активируется красным излучением и выключается синим, а другие работают наоборот. Это открытие помогает разобраться в устройстве зрения морского ракообразного и может пригодиться для разработки новых методов управления клетками с помощью света.

Результаты международной команды ученых опубликованы в журнале Science Advances. Исследователи из Льежского университета в Бельгии и Берлинского университета имени Гумбольдта изучили, как работают зрительные белки ракообразных.

17 белков, четыре переключателя

Человеку для цветового зрения достаточно трех типов зрительных пигментов. У богомола их около 30, а в центральной полосе глаза, отвечающей за цветовое зрение, ученые исследовали 17 опсинов — светочувствительных белков.

Двенадцать из них оказались обычными зелеными опсинами, три относились к инфракрасным, а еще два были связаны с восприятием синего и оранжевого света. Особое внимание исследователей привлекли четыре пигмента, которые способны обратимо переходить между двумя устойчивыми состояниями.

Два из них включаются под действием красного света и выключаются синим. Два других, напротив, активируются синим и деактивируются оранжевым. Благодаря этим пигментам и цветным фильтрам в глазах рак может воспринимать излучение с длиной волны до 687 нанометров — в глубокой красной области спектра, на границе видимого света и инфракрасного диапазона.

Зачем глазам морского хищника режим переключения

У человека после поглощения фотона зрительный пигмент проходит химические изменения, а для восстановления его работоспособности требуется регенерация светочувствительной молекулы ретиналя. Поэтому после взгляда на яркий источник света перед глазами иногда некоторое время остаются пятна и круги.

Бистабильные пигменты богомола устроены иначе: второй фотон может вернуть ретиналь в исходное состояние, позволяя пигменту снова работать без отдельного механизма восстановления. Это потенциально помогает поддерживать зрительную систему в рабочем состоянии.

Ученые предполагают, что ракообразное использует разные сочетания пигментов в зависимости от освещения. При ярком свете, когда ультрафиолетовые, синие и зеленые пигменты могут насыщаться, продолжают работать красночувствительные опсины. На рассвете и в сумерках животное может полагаться на зеленые и бистабильные синие пигменты.

Однако пока не доказано, как именно эти особенности помогают раку находить добычу, избегать хищников или защищать территорию. Для этого нужны отдельные поведенческие эксперименты.

От рачьих глаз до управления клетками

Открытие интересно не только биологам. Изученные опсины относятся к рецепторам, сопряженным с G-белками, которые запускают внутриклеточные сигнальные процессы. Такие рецепторы участвуют в механизмах многих заболеваний и служат мишенями для значительной доли лекарств.

В перспективе белки, включающиеся красным светом и выключающиеся синим, могут стать инструментом оптогенетики — метода управления активностью клеток с помощью света. Красное излучение проникает глубже в ткани и меньше повреждает клетки, чем синий или ультрафиолетовый свет.

До практического применения еще далеко. Исследователям предстоит повысить избирательность работы этих белков, выяснить, почему некоторые из них способны переключаться между устойчивыми состояниями, и найти похожие молекулы у родственных видов.

Недавно ученые доказали, что стрекозы и люди тоже видят в инфракрасном свете.