Международная команда ученых раскрыла необычный механизм восприятия света у кораллов. Оказалось, что их светочувствительные белки опсины используют ионы хлора для переключения между чувствительностью к ультрафиолету и видимому свету в зависимости от кислотности окружающей среды. Исследование опубликовано в журнале eLife.
Зрение животных, в том числе и человека, основано на опсинах — белках, которые распознают свет, связываясь со светопоглощающей молекулой, называемой ретиналем. Ретиналь меняет свою форму под воздействием света, однако поглощает только свет ультрафиолетового (УФ) спектра. Чтобы расширить свою чувствительность в диапазоне видимого света, молекула связывается с опсином, образуя светочувствительный пигмент посредством создания химической связи, называемой основанием Шиффа. Эта связь несет положительный заряд и у большинства животных требует наличия поблизости отрицательно заряженной аминокислоты, или противоиона. Ученым было известно, что у кораллов есть специфичная группа опсинов ASO-II, которые не имеют каких-либо противоионов, что ставило вопрос: как этим белкам удается воспринимать свет без стабильной химической связи?
Команда ученых из Японии раскрыла уникальный механизм светочувствительности рифообразующих кораллов. Исследователи определили диапазон светочувствительности разных опсинов коралла Acropora tenuis, а также протестировали эти белки на световые импульсы, отслеживая изменение содержания внутриклеточного кальция. По полученным данным исследователи рассчитали распределение зарядов и сравнили свойства опсинов ASO-II с опсинами других животных для выявления уникальных особенностей молекул из Acropora tenuis.
Результаты экспериментов показали, что вместо аминокислот и противоионов опсины группы ASO-II используют неорганические противоионы хлора из окружающей среды. Ранее подобные случаи не были известны. Ученые также обнаружили, что ионы хлоры стабилизируют основание Шиффа слабее, чем аминокислоты. Поэтому опсины кораллов способны переключаться между чувствительностью к видимому свету и ультрафиолету в зависимости от кислотности (pH) окружающей среды. Низкий pH увеличивает количество протонов (положительно заряженных частиц), из-за чего основание Шиффа приобретает положительный заряд и поглощает свет видимого спектра. Параллельно этому процессу ученые регистрировали повышение уровня концентрации внутриклеточного кальция. В условиях высокого pH протонов меньше, и это приводит к тому, что основание Шиффа начинает поглощать волны УФ-спектра.
Это открытие имеет экологическое значение, так как кораллы живут в тесном симбиозе с фотосинтезирующими водорослями. Из-за фотосинтеза может меняться pH, поэтому авторы исследования предполагают, что светочувствительность кораллов изменяется в зависимости от фотосинтетической активности водорослей.
Ученые подмечают, что исследование не только предоставляет больше данных о биологии кораллов, но и расширяет понимание научного сообщества о природе зрения и фоторецепции во всем животном мире.
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram, Одноклассники.
