Исследовательская группа ранее показала, что, в отличие от миноги, шишковидная железа рыб и рептилий определяет цвет с помощью двух типов светочувствительных белков, называемых опсинами, расположенных в одной клетке. Это новое исследование, проведенное профессором Акихисой Теракита, показало, что чувствительный к УФ-излучению парапинопсин и чувствительный к зеленому цвету париетопсин, которые присутствуют в одной фоторецепторной клетке рыб и рептилий, экспрессируются в отдельных клетках миноги.
Их результаты были опубликованы в BMC Biology.
«Помимо глаз, рыбы и рептилии используют« третий глаз », называемый шишковидной железой, или шишковидная железа, чтобы определять цвет», – утверждает профессор Мицумаса Коянаги. «Основываясь на этих новых результатах, мы предлагаем удивительный сценарий, в котором механизм определения цвета пинеального органа, который был разделен на две клетки, был интегрирован в одну клетку во время эволюции."
В ходе исследования команда проанализировала систему определения цвета шишковидной железы миноги и сравнила ее с одноклеточными системами рыб и рептилий.
Посредством секвенирования ДНК они идентифицировали у миноги набор генов, которые кодируют два опсина, обнаруженных в одноклеточной системе. К их удивлению, анализ экспрессии гена белка показал, что эти опсины экспрессируются в отдельных клетках. «Это говорит о том, что шишковидный орган миноги – это не одноклеточная система, а система, в которой два типа опсинов присутствуют в разных фоторецепторных клетках», – констатирует доктор.
Сэйдзи Вада.
Из предыдущих исследований исследовательская группа знала, что одноклеточная система вызывает реакцию гиперполяризации при получении УФ-света и деполяризацию в ответ на видимый свет. Электрофизиологический анализ клеточных ответов показал, что двухклеточная система миноги также одинаково чувствительна к УФ и видимому свету.
«Чтобы еще больше укрепить нашу гипотезу о том, что двухклеточная система, аналогичная той, что мы обнаружили у более примитивной миноги, могла быть эволюционным предком одноклеточной системы рыб и рептилий», – утверждает профессор Акихиса Теракита, «нам также необходимо было исследовать белки, участвующие в преобразовании световой информации в клеточные реакции."
Команда, получившая название Gt and Go, с помощью иммуногистохимического анализа обнаружила, что эти белки, которые они подтвердили в предыдущих исследованиях на рыбках данио, используются клетками, чувствительными к ультрафиолетовому и видимому свету в одноклеточной системе, и отвечают за те же ответы в клеточной системе. двухэлементная система.
В предыдущей работе команда проверила ответы фоторецепторов для одноклеточной системы при различной интенсивности искусственного света, чтобы показать, что она хорошо работает даже в условиях сильного освещения. Чтобы прояснить потенциальную пользу этого эволюционного изменения, команда исследовала нейротрансмиттеры в двух клетках и обнаружила, что чувствительные к УФ и видимому свету клетки используют один и тот же нейромедиатор для интеграции каждого сигнала в следующую клетку для генерации цветовой информации. «Мы считаем, что процесс интеграции на уровне нейротрансмиттера может ухудшить отношение сигнал / шум в условиях сильного освещения», – заявляет Сейджи Вада.
Из множества возможностей, которые раскрывает это открытие, команды сосредоточили свое внимание на его последствиях для человеческого глаза. Глаз, отвечающий за зрение, и шишковидная железа, отвечающая за другие функции, помимо зрения, имеют одно и то же происхождение.
Идея о том, что система определения цвета шишковидной железы эволюционировала от многоклеточной к одноклеточной системе, в то время как глаз, как считается, развил сложные нейронные цепи для обработки нескольких клеток, должна облегчить наше понимание зрительных и невизуальных функций. Это эволюционное понимание предполагает, что для решения проблем с дальтонизмом, вместо того, чтобы ограничиваться реконструкцией сложной многоклеточной системы, объединение ее в одноклеточную систему может стать вариантом в будущем.