Кабаньи рыбы "видят" с помощью своей кожи

Эти морские хамелеоны способны менять цвет за миллисекунды.

Отредактировано 2023-08-24
Рыба-боровичок плавает вблизи острова Флорида-Кис У нее шипы на вершине и заостренное рылоКабан-рыба обитает в западной части Атлантического океана и является носителем гена светочувствительного белка - опсина.

Остромордые рыбы-касатки, обитающие в рифах Атлантического океана между Северной Каролиной и Бразилией, известны своей меняющей цвет кожей. Эти морские хамелеоны могут быстро менять цвет кожи с белого на красновато-коричневый, чтобы слиться с рифами, однако их кожа может скрывать нечто иное.

Исследование, опубликованное 21 августа в журнале Nature Communications, позволило глубже изучить систему сенсорной обратной связи рыбы-кабана и обнаружить, что рыба может использовать свою кожу для того, чтобы видеть под водой. Они также могут использовать ее для мысленного фотографирования себя изнутри.

Биолог из Университета Северной Каролины в Уилмингтоне Лори Швейкерт была вдохновлена на изучение этого явления после того, как воочию увидела его во Флорида-Кис. Когда она увидела, что рыба-хомяк может продолжать маскировку даже после смерти, ей стало интересно, могут ли рыбы-хомяки обнаруживать свет, используя только кожу, а не полагаясь на глаза и мозг.

В более раннем исследовании Швейкерт и биолог из Университета Дьюка Сёнке Джонсен обнаружили, что кабан-рыба несет ген светочувствительного белка опсина, который активируется в ее коже. Этот ген отличается от генов опсина, которые находятся в их глазах. Кальмары, гекконы и другие животные, меняющие цвет, также имеют в своей коже светочувствительные опсины, но ученые не знают, как они помогают животным менять цвет. Одна из гипотез состоит в том, что светочувствительная кожа помогает животным воспринимать окружающую обстановку, но это также может быть способом самовосприятия животных.

В новом исследовании Швейкерт и Джонсен взяли кусочки кожи с разных частей тела боровой рыбы и сфотографировали их под микроскопом. Вблизи каждая цветная точка на коже представляет собой специализированную клетку, называемую хроматофором. Внутри этих клеток находятся гранулы пигмента, который может быть черным, желтым или красным.

Движение этих пигментных гранул изменяет цвет кожи. Когда они разбросаны по клетке, появляется более темный цвет. Клетка становится более прозрачной, когда они собираются в крошечное пятнышко.

Фотография рыбыПри наблюдении в микроскоп кожа боровой рыбы выглядит как пуантилистская картина. Каждая цветная точка - это специализированная клетка, содержащая пигментные гранулы, которые могут быть красными, желтыми или черными. Пигментные гранулы могут быть разбросаны по клетке или плотно прилегать друг к другу, в результате чего цвет кажется более темным или прозрачным. CREDIT: Lori Schweikert, Университет Северной Каролины в Уилмингтоне

Далее команда использовала метод иммунолабирования для поиска белков опсинов, воспринимающих свет, в коже. Они увидели, что у боровой рыбы опсины вырабатываются не в клетках хроматофора, меняющих цвет. На самом деле опсины находятся в других клетках, расположенных непосредственно под ними.

Изображения, полученные с помощью просвечивающего электронного микроскопа, показали наличие ранее неизвестного типа клеток под хроматофорами, заполненными белком опсином.

По мнению Швейкерта, свет, падающий на кожу, должен сначала пройти через хроматофоры, заполненные пигментами, прежде чем он попадет в светочувствительный слой. По ее оценкам, молекулы опсина у боровой рыбки наиболее чувствительны к синему свету. Именно эту длину волны света лучше всего поглощают пигментные гранулы кабарги.

Светочувствительный опсин рыбы напоминает внутренний рулон пленки Polaroid, который улавливает изменения в освещении и затем может фильтровать свет через заполненные пигментом клетки, когда пигментные гранулы расходятся или сжимаются.

"Животные могут буквально сфотографировать свою кожу изнутри", - говорится в заявлении Джонсена. "В некотором смысле они могут рассказать животному, как выглядит его кожа, поскольку оно не может наклониться, чтобы посмотреть на нее".

Глаза не просто улавливают свет и работают над формированием изображения, поэтому недостаточно сказать, что кожа кабарги похожа на гигантский глаз.

"Чтобы внести ясность, мы не утверждаем, что кожа кабанов функционирует как глаз", - добавил Швейкерт в своем заявлении. "У нас нет никаких доказательств того, что именно это происходит в их коже. Похоже, что они наблюдают за изменением своего собственного цвета".

Полученные результаты могут помочь исследователям разработать более совершенные методы сенсорной обратной связи для устройств, которым требуется точная настройка работы в отсутствие зрения или камеры, таких как роботизированные конечности и самоуправляемые автомобили.