Как эти маленькие зверюшки вообще улавливают свет?
Когда дело доходит до органов чувств, подобных нашим, у крошечных одноклеточных организмов, плавающих в океане, почти ничего не происходит. И все же, как говорит Саша Козель, ведущий автор нового исследования ученых из Вашингтонского университета: «Если вы посмотрите на океанскую среду, у всех этих различных организмов есть этот цикл дня и ночи. Они очень гармонируют друг с другом, даже когда их перемещают. Как они узнают, когда настал день? Как они узнают, что наступила ночь?»
Ответ, согласно Коузел и ее коллегам, заключается в четырех ранее неизвестных группах фоторецепторов, которые могут помочь этим организмам обнаруживать день, ночь и друг друга.
Свет и тьма жизненно важны для этих организмов. Когда солнце встает, они наполняются энергией и растут. Деление клеток происходит ночью, когда ультрафиолетовые волны темноты меньше повреждают их ДНК.
«Дневной свет важен для морских организмов, - говорит старший автор Вирджиния Армбраст, - мы это знаем и принимаем как должное. Но видя ритм генетической активности в течение этих четырех дней и прекрасную синхронность, понимаешь, насколько силен свет».
Помимо того, что эти маленькие «выключатели света» сами по себе очаровательны, они, вероятно, представляют большой интерес для людей, работающих в области оптогенетики, трансформирующей области научных исследований.
Это сочетание оптических технологий и генетики дает исследователям новое понимание работы мозга, позволяя им, например, включать и выключать отдельные нейроны, исследуя бесчисленные пути и взаимодействия мозга. Оптогенетика также обещает лучшее управление болью и проливает новый свет на процесс принятия решений, связанных с моторикой мозга.
Эти недавно обнаруженные природные фоторецепторы могут заменить или дополнить созданные человеком фоторецепторы, используемые в настоящее время в оптогенетике. Есть надежда, что эти новички окажутся более чувствительными и лучше приспособленными для реагирования на световые волны определенной длины. Возможно, из-за того, что вода отфильтровывает красный свет - причина, по которой океан выглядит синим, - новые фоторецепторы чувствительны к синему и зеленому свету.
«Эта работа резко расширила количество фоторецепторов - различных видов этих переключателей включения-выключения, - которые нам известны», - предлагает Армбруст.
Исследователи идентифицировали ранее неизвестные группы фоторецепторов, анализируя РНК, которую они отфильтровали из образцов морской воды, взятых далеко от берега. Образцы собирали каждые четыре часа в течение четырех дней в северной части Тихого океана недалеко от Гавайев. Один набор образцов был собран из течений, протекающих на глубине около 15 метров под поверхностью. Второй набор проб проводился глубже, собирая воду с глубины от 120 до 150 метров, в «сумеречной зоне», где организмы обходятся небольшим количеством солнечного света.
Фильтрация образцов привела к образованию протистов - одноклеточных организмов с размером ядра от 200 нанометров до одной десятой миллиметра в поперечнике. Среди них были водоросли, активируемые светом, а также простой планктон, получающий энергию от потребляемых ими организмов.
Новые фоторецепторы помогают заполнить по крайней мере один из пробелов в наших знаниях о бесчисленных плавающих сообществах микроскопических существ в наших морях, сообществах, которые оказывают гораздо большее влияние на нашу планету, чем думают многие люди.
Говорит Козель: «Точно так же, как тропические леса вырабатывают кислород и поглощают углекислый газ, океанические организмы делают то же самое в Мировом океане. Люди, вероятно, не осознают этого, но эти одноклеточные организмы так же важны для функционирования нашей планеты, как и тропические леса».