Как устроено зрение глубоководных рыб: найден механизм, позволяющий видеть в темноте с рождения

Почему глубоководные рыбы ломают главное правило зрения: честный разбор

Вы знали, что все позвоночные – от мыши до человека – сначала обзаводятся колбочками (дневным зрением), а лишь потом палочками (ночным)? Это аксиома. Но глубоководные рыбы её просто проигнорировали. И сделали это красиво.

Недавно в журнале Science Advances вышла работа, которая переворачивает наши представления о том, как глаза приспосабливаются к темноте. Группа учёных под руководством Лили Фогг и Фабио Кортези изучила личинок трёх видов глубоководных рыб: Vinciguerria mabahiss, Maurolicus mucronatus и Benthosema pterotum. Они живут на глубинах от 200 метров – там, куда проникает лишь жалкий остаток солнечного света.

Суть открытия: у личинок этих рыб нет ни нормальных колбочек, ни палочек. Вместо них – гибриды. Клетки с формой палочки, но с биохимией колбочки. Авторы назвали их «палочковидные колбочки».

Эволюция обманывает генетику – как это работает

У большинства рыб и наземных животных эмбриональное развитие сетчатки идёт по жёсткому плану: сначала формируются колбочки (для яркого света), потом палочки (для сумерек). Это называют дуплексной сетчаткой. Но личинкам глубоководных рыб колбочки не нужны – света нет. И палочки ещё не появились.

Как же они видят? Оказывается, рыбы не стали изобретать новый генетический механизм. Они просто взяли существующие «инструменты» и перепрограммировали форму клеток.

Вот пошагово, что происходит:

• Эмбрион запускает стандартную программу развития колбочек – активирует гены опсинов типа rh2 (чувствительных к зелёному свету).
• Но вместо короткой конусообразной формы клетки вытягиваются в длинный цилиндр – как у палочек.
• Это достигается за счёт отключения транскрипционного фактора nrl, который у других рыб заставляет клетки становиться палочками. У глубоководных рыб nrl молчит.
• В итоге клетка получается «гибридной»: форма палочки даёт высокую чувствительность (больше пигмента на пути света), а биохимия колбочки – быстрое восстановление после засветки и устойчивость к насыщению.

Две судьбы: кто остаётся гибридом, а кто перерождается

Дальше пути расходятся. Всё зависит от того, куда рыба уйдёт взрослеть.

Второй сценарий – настоящая находка. Maurolicus не перестраивает сетчатку, а пользуется «готовым» решением. Это даёт ей преимущество в условиях, где света ровно столько, чтобы не сбить с толку колбочку, но не хватит для активации медленной палочки.

Личное наблюдение: почему я зауважал эволюцию ещё больше

Недавно я разбирал статью про зрение кальмаров и наткнулся на старую гипотезу: «в темноте все формы сглаживаются, а значит, и рецепторы могут быть любыми». Тогда я отмахнулся. А теперь вижу – эти рыбы реально так сделали. Эволюция не стала лепить новый белок с нуля – она просто «научила» клетку расти по-другому. Гениально и экономно.

Что это значит для науки и для нас

Открытие ломает догму о строгом разделении фоторецепторов. Оказывается, форма и молекулярная начинка – это независимые переменные. Их можно комбинировать. Возможно, у ночных амфибий, рептилий и даже у некоторых млекопитающих найдётся нечто подобное – просто раньше не искали. Исследование также показывает, что генетическая программа «сначала колбочки» настолько консервативна, что отказаться от неё невозможно даже в кромешной тьме. Приходится обманывать, а не ломать.

Мой вывод: если вы думаете, что эволюция – это череда рациональных решений, то глубоководные рыбы вас разочаруют. Она скорее похожа на хитрого механика, который прикручивает деталь от трактора к «Запорожцу», лишь бы поехало. И это прекрасно.