Мутация «куриной слепоты» помогает акулам видеть в темноте

Китовые акулы могут плавать у поверхности воды и на больших глубинах, куда практически не проникает свет. При этом зрение акула довольно легко адаптируется к таким переходам, быстро переключаясь с ночного режима на дневной. Как выяснили биологи из Осакского городского университета, исследование которых было опубликовано в журнале PNAS, это происходит из-за мутации, которая делает пигменты чувствительными к температуре, вызывая у людей наследственную неспособность видеть при тусклом свете.

Китовые акулы — самые крупные из ныне живущих рыб, длина которых иногда превышает 15 метров. Они питаются планктоном, поэтому большую часть времени держатся ближе к поверхности, фильтруя воду. Однако иногда акулы ныряют на глубину более километра, куда проникают лишь редкие лучи синей части спектра. При этом их зрение быстро меняется с одного светочувствительного пигмента на другой.

Дело в том, что разные светочувствительные пигменты работают при ярком и тусклом свете. Краситель родопсин отвечает за восприятие сумерек. Он способен обнаруживать широкий диапазон длин волн, включая синий, хотя и не различает отдельные цвета. Родопсин состоит из двух компонентов: белка (опсин) и ретиналя (производное витамина А). Пигмент разрушается на свету, но в темноте происходит постепенный синтез новых молекул родопсина.

У человека этот процесс занимает около получаса. Однако китовые акулы развили уникальный адаптивный механизм, который быстро «переключает» их зрение между «дневным» и «ночным» режимами работы при изменении глубины. Это связано с особыми мутациями в гене родопсина, которые делают пигмент чувствительным к температуре.

Сигехиро Кураку и его коллеги сравнили активные гены в тканях глаз китовых акул и их родственников, зебр, которые не погружаются на такие большие глубины. Оказалось, что ген родопсина у китовых акул несет в себе две мутации, изменяющие 94-ю и 178-ю аминокислоты в белковой цепи. Первая из этих замен ранее была обнаружена у морского окуня E. daemelii, обитающего на глубине и почти никогда не всплывающего на поверхность. Из-за этого ученые связали с этим способность китовых акул видеть при тусклом свете.

Кроме того, аналогичная мутация встречается у некоторых людей с наследственной никталопией, или «куриной слепотой», неспособностью видеть при тусклом свете. Он дестабилизирует родопсин, не позволяя ему накапливать достаточно пигмента, чтобы видеть в сумерках.

Ученые обнаружили у китовых акул новый механизм защиты глаз — тысячи кожных зубов, напоминающих коренные зубы человека. Однако у других акул такой функции нет.

Исследователи сравнили «нормальные» родопсины с теми же пигментами, но с аминокислотными заменами 94 и 178, как у китовых акул. Оказалось, что эти замены делают белок чувствительным к температуре. Пока рыба остается на глубине, где вода холодная, пигмент остается стабильным, обеспечивая бесцветное, но «чувствительное к ночи» зрение в тусклом свете. И по мере того, как акула перемещается выше, где становится теплее, родопсин быстро разрушается, позволяя работать другим пигментам, воспринимающим множество различных цветов.