Ящерицы дали исследователям Университета Джона Хопкинса дразнящий ключ к эволюционному происхождению светочувствительных клеток у людей и других видов.
Опубликованное в выпуске журнала Science от 17 марта, их исследование ящериц описывает, как так называемый третий, или теменной, глаз ящерицы с «боковыми пятнами» различает два разных цвета, синий и зеленый, возможно, чтобы определить время суток. Специализированные нервные клетки в этом глазу, который больше похож на пятно на лбу ящерицы, используют два типа молекулярных сигналов для восприятия света: те, которые встречаются только у более простых животных, таких как гребешки, и те, которые встречаются только у более сложных животных, таких как люди.
Хотя метод сравнения сине-зеленого цвета, используемый теменным глазом, не является общепринятым для людей, он раскрывает один потенциальный шаг в эволюции цветового зрения, говорят исследователи Хопкинса.
Клетки, отвечающие за восприятие света человеком, ответственные за цветовое зрение, называются колбочками или фоторецепторами, и они содержат только один вид пигмента на клетку — красный, зеленый или синий. Цветное изображение получается, когда световые сигналы в трех различных типах колбочек сравниваются другими нервными клетками сетчатки, а также головного мозга.
Фоторецепторы теменного глаза ящерицы содержат два пигмента на клетку, синий и зеленый. Наличие двух разных пигментов позволяет клетке реагировать на два разных цвета света и обрабатывать эту информацию в одной и той же клетке.
По словам исследователей, когда третий глаз ящерицы видит синий свет, синий пигмент запускает молекулу, называемую густавдуцином, которая очень похожа на молекулу, обнаруженную в фоторецепторах человека, а также в боковых глазах ящерицы – по бокам ее головы. Но когда третий глаз ящерицы видит зеленый свет, зеленый пигмент запускает другую молекулу, называемую Go, известную как «G-другое», которая также сигнализирует о световых реакциях в светочувствительных клетках гребешка и других существ без позвоночника. То, что Go обнаруживается у бесхребетных существ, предполагает, что это эволюционно более древний сигнал, запускающий свет.
Хотя густавдуцин и Go — разные молекулы, они похожи и считаются «родственными» белками. Однако густавдуцин и Go активируют разные молекулярные пути, которые физиологически работают друг против друга. Синий свет и густавдуцин генерируют реакцию «выключено» в нервной клетке, в то время как зеленый свет и Go генерируют реакцию «включено».
«Может показаться странным иметь два противоположных сигнала в одной и той же клетке, — говорит старший автор исследования Кинг-Вай Яу, доктор философии, профессор кафедры нейробиологии Соломона Х. Снайдера в Хопкинсе, — но уникальный механизм делает эти теменные фоторецепторы наиболее активными на рассвете и в сумерках».
«Таким образом, включение двух разных пигментов и двух отдельных сигнальных молекул в одну клетку, возможно, было экономичным способом для примитивного глаза с относительно небольшим количеством типов клеток, чтобы определить переходы дня на основе изменений в спектре солнечного света», — говорит Чи-Ин Су, доктор философии, первый автор исследования и бывший аспирант по неврологии в Хопкинсе.
«Это как в небольшой компании», — говорит Яу. «Вы должны делегировать каждому человеку больше полномочий».
Разделяя особенности, обнаруженные в человеческих фоторецепторах, а также в более простых организмах, таких как гребешок, исследователи предполагают, что фоторецепторные клетки теменного глаза ящерицы представляют собой «недостающее звено» между светочувствительным аппаратом у низших животных и нашим.
Оказывается, у некоторых лягушек и рыб также есть пятно на лбу, которое может играть роль светочувствительного третьего глаза. Яу надеется исследовать эти структуры, чтобы получить больше информации о том, как возникли наши фоторецепторные клетки, палочки и колбочки. Как он говорит, ему больше всего любопытно, как одна и та же функция может быть достигнута разными способами у разных животных.
Исследования финансировались Национальным институтом глаз и Мемориальным фондом Аллена Ройса.
Авторами статьи являются Су, Донг-Ген Ло, Хис-Вэнь Ляо и Яу из Хопкинса, Акихиса Теракита и Есинори Шичида из Киотского университета, а также Маниджа Казми и Томас Сакмар из Университета Рокфеллера.
https://www.hopkinsmedicine.org/Press_releases/2006/04_14_06.html
Загрузка...
