Глубоководные рыбы раскрыли уникальную зрительную систему, которая ставит под сомнение устоявшиеся представления о зрении позвоночных. Традиционно учебники по биологии описывали зрение позвоночных как основанное на двух различных типах клеток: палочках, которые работают при тусклом свете, и колбочках, которые обрабатывают яркий свет и цвет. Однако недавние исследования показывают, что это разделение не такое однозначное, как считалось ранее.
- Рыба-топор сохраняет эти гибридные клетки на протяжении всей жизни, в то время как два других вида переходят к типичному распределению палочек и колбочек по мере достижения взрослого возраста.
Глубоководные рыбы: открытие гибридных фоторецепторов
Ученые выявили новый тип зрительных клеток у глубоководных рыб, сочетающий свойства как палочек, так и колбочек. Этот гибридный тип клеток специально адаптирован к условиям низкой освещенности и был обнаружен в личинках трех видов глубоководных рыб Красного моря: Maurolicus mucronatus (рыба-топор), Vinciguerria mabahiss (светлячок) и Benthosema pterotum (фонарная рыба).
Рыба-топор сохраняет эти гибридные клетки на протяжении всей жизни, в то время как два других вида переходят к типичному распределению палочек и колбочек по мере достижения взрослого возраста.
Адаптация к сумеречным океанам
Эти виды относительно малы, взрослые особи достигают длины от 1 до 3 дюймов (3–7 см), а их личинки — еще меньше. Они обитают в сумеречной зоне океана, где солнечный свет едва проникает, что требует адаптаций для эффективного зрения при тусклом освещении.
«Палочки и колбочки медленно меняют свое положение внутри сетчатки при переходе от тусклого к яркому свету, поэтому наши глаза нуждаются во времени для адаптации, когда мы включаем свет по пути в туалет ночью», — объяснила Лили Фогг, постдокторант по морской биологии в Университете Хельсинки и главный автор исследования, опубликованного в журнале Science Advances.
Природа гибридных фоторецепторов
Фогг подробно рассказала о результатах, отметив: «В личиночной стадии эти глубоководные рыбы преимущественно используют гибридный тип фоторецепторов, сочетающий разные характеристики. Эти клетки напоминают палочки — длинные и цилиндрические, оптимизированные для улавливания максимального количества фотонов — но при этом используют молекулярный аппарат колбочек, активируя гены, характерные исключительно для колбочек.»
Исследовательская группа изучала сетчатки личинок рыб, пойманных на глубинах от 20 до 200 метров (65–650 футов). В таких тускло освещённых условиях обычно задействованы и палочки, и колбочки, хотя ни один тип не работает оптимально. Уникальные зрительные клетки глубоководных рыб представляют собой эволюционное решение этой проблемы.
Значение для понимания зрительных систем
Фогг отметила: «Наши результаты ставят под сомнение давнее представление о том, что палочки и колбочки — это два фиксированных, четко различимых типа клеток. Мы показали, что фоторецепторы могут сочетать структурные и молекулярные особенности неожиданными способами, предполагя, что зрительные системы позвоночных более гибки и эволюционно адаптивны, чем считалось ранее.»
Фабио Кортези, морской биолог и нейробиолог из Университета Квинсленда, старший автор исследования, отметил: «Это захватывающее открытие, показывающее, что биология не укладывается в четкие рамки. Я не удивлюсь, если эти клетки окажутся гораздо более распространенными среди всех позвоночных, включая наземные виды.»
Биолюминесценция и стратегии маскировки
Эти три вида рыб также известны своей биолюминесценцией, которая достигается с помощью небольших светящихся органов, преимущественно расположенных на брюшке. Они излучают сине-зеленый свет, который сливается с тусклым солнечным светом, проходящим через воду — это стратегия, известная как контрподсветка. Такая маскировка крайне важна в глубоком море, помогая избегать хищников.
Кортези объяснил экологическое значение этих рыб: «Маленькие рыбы, подобные этим, играют фундаментальную роль в экосистеме открытого океана. Они многочисленны и служат пищей для крупных хищных рыб, таких как тунец и марлин, а также для морских млекопитающих и птиц.»
Ежедневные миграционные паттерны
Эти глубоководные рыбы также принимают участие в одной из самых значительных ежедневных миграций в животном мире. Ночью они поднимаются к поверхности океана, чтобы кормиться в зонах, богатых планктоном, а днем опускаются на глубины от 200 до 1000 метров (650–3280 футов), чтобы избежать хищников.
Сохранение среды обитания глубоководных районов
Кортези заключил: «Глубокое море остается настоящим рубежом для человеческих исследований, загадочной коробкой с нераскрытым потенциалом значительных открытий. Необходимо защищать эту среду обитания, чтобы будущие поколения смогли продолжать восхищаться её чудесами.»
