Международная команда биологов обнаружила, что глубоководные рыбы нарушают привычные законы развития зрения у позвоночных. Вместо того чтобы дожидаться формирования полноценных «ночных» рецепторов, их личинки используют особые гибридные клетки: внешне они напоминают палочки, но по устройству ближе к колбочкам.

Как обычно развивается зрение у позвоночных

Ранее считалось, что у всех позвоночных развитие глаз идет по единому сценарию: сначала формируются колбочки, отвечающие за дневное и цветное зрение, а затем появляются палочки, необходимые для черно-белого зрения в сумерках. Такой порядок логичен для наземных животных и рыб, обитающих на мелководье, где молодь начинает жизнь при солнечном свете.

Проблема для глубоководных рыб

У глубоководных рыб этот сценарий вызывает парадокс. Их личинки появляются в мезопелагиали — сумеречной зоне океана, где дневные колбочки бесполезны из-за недостатка света, а палочки еще не развиты. Возникает вопрос: как мальки выживают в темноте без подходящих зрительных клеток?

Исследование гибридных фоторецепторов

Ученые исследовали развитие трех видов глубоководных рыб: светлячков (Vinciguerria), топориков (Maurolicus) и светящихся анчоусов (Benthosema). С помощью электронной микроскопии они изучили строение фоторецепторов сетчатки, а также применили транскриптомику для анализа активных генов и белков-опсинов в этих клетках.

Анализ выявил ранее неизвестный тип клеток — «трансмутировавшие» фоторецепторы. Это биологические химеры, сочетающие свойства обоих типов зрительных клеток. По форме они напоминают палочки: имеют длинный цилиндрический внешний сегмент, что увеличивает площадь захвата света и позволяет улавливать редкие фотоны в темноте. Однако внутри работают гены и биохимические процессы, характерные для дневного зрения, в частности синтезируются белки опсины Rh2, не свойственные обычным палочкам.

Преимущества гибридных клеток

Такое сочетание дает личинкам преимущество: они обладают высокой светочувствительностью, как палочки, и способностью быстро восстанавливаться после вспышек света, как колбочки.

Различия между видами

Судьба этих гибридных клеток у разных видов различается. У светлячков и анчоусов по мере взросления и ухода на большую глубину гибридные клетки заменяются настоящими палочками. А у топориков (Maurolicus) «поддельные палочки» сохраняются на всю жизнь: их сетчатка на 99% состоит из клеток, которые внешне похожи на палочки, но генетически являются колбочками.

Значение открытия

Это открытие демонстрирует удивительную пластичность эволюционных механизмов. Для адаптации к вечным сумеркам океана природе не пришлось изобретать глаз заново — она заставила дневные рецепторы принять форму ночных, что обеспечило выживание личинок в почти полной темноте.