Как кораллы «видят» свет: открытие ученых

У кораллов нет глаз, однако они способны различать ультрафиолетовый и видимый свет. Ученые выяснили, что для этого кораллы используют ионы хлора и изменения в pH окружающей среды.

Ученые из Высшей научной школы университета Метрополитен в Осаке провели исследование, в ходе которого выявили механизм, помогающий кораллам видеть свет. Это открытие не только позволяет глубже понять биологию кораллов, но может стать основой для новых биотехнологий. Результаты исследования опубликованы в eLife.

Зрение животных зависит от опсинов — белков, которые улавливают свет с помощью молекулы под названием ретиналь. Она способна поглощать только ультрафиолетовый свет. Чтобы воспринимать видимый свет, ретиналь связывается с опсином с помощью особой химической связи, которая называется основанием Шиффа и в результате которой образуется сверхчувствительный пигмент. Эта связь имеет положительный заряд, для стабильности которого необходимо присутствие отрицательно заряженной аминокислоты или противоиона.

Опсины кораллов относятся к группе антозоанспецифичных опсинов и отличаются от опсинов млекопитающих. В них нет отрицательно заряженных аминокислот, однако это не мешает кораллам воспринимать видимый свет.

Способность кораллов воспринимать свет зависит от сложных отношений с окружающей средойИсточник: Unsplash

Исследователи с помощью мутационных экспериментов, спектроскопии и целевого расширенного моделирования изучили опсины рифообразующих кораллов Acropora tenuis.

Результаты показали, что вместо противоинов опсины кораллов используют ионы хлорида из окружающей среды, которые, однако, стабилизировали основание Шиффа слабее, чем аминокислоты. Ученые обнаружили, что опсин кораллов переключается между чувствительностью к ультрафиолетовому свету и чувствительностью к видимому свету в зависимости от pH окружающей среды.

При низком pH увеличивается количество протонов, основание Шиффа становится стабильнее и способно поглощать видимый свет. Напротив же, высокий pH провоцирует снижение протонов и, следовательно, делает возможным поглощение только ультрафиолетового света. Ученые предположили, что, поскольку pH изменяется в зависимости от фотосинтеза, то чувствительность кораллов к свету зависит напрямую от фотосинтетической активности водорослей, которые живут в тесном симбиозе с кораллами.

Исследователи считают, что их открытие не только помогает узнать больше о симбиотических отношениях подводных обитателей, но поможет создать новые оптогенетические инструменты, которые воспринимают световые волны в зависимости от pH.