Гренландских акул долго считали животными с сильно ослабленным зрением: они обитают в почти полной темноте, а на их роговице часто паразитируют рачки. Новое исследование показало, что их зрительная система, напротив, хорошо приспособлена к слабому освещению, а у особей старше 100 лет сетчатка сохраняется без очевидных признаков дегенерации. Ученые также обнаружили особенности экспрессии генов репарации ДНК, которые потенциально могут участвовать в сохранении тканей глаза при исключительном долголетии этих животных.
Результаты опубликованы в журнале Nature Communications. Исследование провела международная группа ученых, в том числе специалисты Калифорнийского университета в Ирвайне (UC Irvine), Базельского университета (University of Basel) и Копенгагенского университета (University of Copenhagen).
Гренландских акул считали почти слепыми
Гренландская акула (Somniosus microcephalus) — самое долгоживущее из известных позвоночных животных. Предполагаемая продолжительность ее жизни достигает примерно 400 лет.
Эти акулы обитают в холодных и чрезвычайно слабо освещенных водах Северной Атлантики и Арктики и могут погружаться на глубину около 3000 метров. Кроме того, на их роговице часто встречается паразитический веслоногий рачок Ommatokoita elongata.
Из-за жизни в темноте, паразитирования на глазах и необычайного долголетия исследователи предполагали, что зрение гренландских акул могло быть серьезно нарушено или даже почти утрачено.
Одной из исследователей, заинтересовавшихся этим вопросом, стала Дорота Сковронска-Кравчик (Dorota Skowronska-Krawczyk) из Калифорнийского университета в Ирвайне. Наблюдая видеозаписи гренландских акул, она обратила внимание, что животные двигают глазами в направлении света. Это стало одним из поводов подробнее изучить их зрительную систему.
Сетчатка оказалась приспособлена к почти полной темноте
Ученые использовали сразу несколько подходов: изучили строение тканей глаза, геном и активность генов сетчатки, исследовали зрительный пигмент родопсин и измерили способность роговицы пропускать свет.
Исследование показало, что сетчатка гренландской акулы имеет практически полностью палочковую организацию.
Палочки — это светочувствительные клетки сетчатки, которые обеспечивают зрение при низкой освещенности. Колбочки, напротив, лучше работают при ярком свете и участвуют, в частности, в цветовом зрении.
У гренландской акулы ученые обнаружили плотно расположенные и удлиненные палочки — признаки, характерные для животных, приспособленных к жизни в темноте. Основные клеточные слои сетчатки при этом оставались сохранными.
Генетический анализ подтвердил эту специализацию. Гены, необходимые для работы палочкового зрения, сохранились и активно экспрессировались. В то же время многие гены, связанные с колбочковым зрением, превратились в псевдогены — утратившие нормальную функцию генетические последовательности — либо практически не использовались клетками.
Полученные данные указывают, что зрительная система гренландской акулы эволюционно специализировалась на использовании крайне небольшого количества света.
Родопсин настроен на синий свет
Исследователи отдельно изучили родопсин — светочувствительный белок, необходимый для работы палочек.
В лаборатории ученые получили родопсин гренландской акулы и измерили спектр его поглощения. Максимальная чувствительность приходилась примерно на 458 нанометров — коротковолновую синюю область видимого спектра.
Такое смещение характерно для приспособления к глубоководной среде. Именно синий свет лучше других участков видимого спектра проникает на значительную глубину.
Поэтому настройка родопсина может помогать гренландским акулам использовать небольшое количество доступного света в глубоких арктических водах.
Ученые также обнаружили необычный состав жирных кислот в сетчатке. В частности, в ней была высока доля докозагексаеновой кислоты и очень длинноцепочечных полиненасыщенных жирных кислот. Авторы предполагают, что такой состав клеточных мембран может способствовать нормальной работе родопсина в холодной среде.
Паразиты не делают роговицу полностью непрозрачной
Исследователи проверили и распространенное предположение о том, что прикрепляющиеся к глазам паразиты фактически лишают акул зрения.
Для этого они измерили прохождение света через шесть образцов роговицы пяти гренландских акул. На всех исследованных роговицах по краям находились паразиты.
В диапазоне длин волн от 425 до 600 нанометров роговицы акул пропускали от 70 до 100% света. Для синего света с длиной волны от 450 до 500 нанометров показатель составлял от 66 до 100%.
Таким образом, даже при наличии паразитов значительная часть света способна достигать сетчатки.
Это не означает, что паразитирование никак не влияет на качество зрения. Эксперимент лишь показывает, что пораженная паразитами роговица не обязательно становится непрозрачной.
У акул старше 100 лет не нашли очевидной дегенерации сетчатки
Особенно необычным оказалось состояние сетчатки старых животных. Исследованные взрослые акулы были старше столетия, а возраст самой старой из проанализированных особей оценивался более чем в 130 лет.
При изучении тканей ученые не обнаружили явных признаков разрушения основных слоев сетчатки.
Дополнительно исследователи применили метод TUNEL, позволяющий выявлять фрагментацию дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК), которая может сопровождать апоптоз — запрограммированную гибель клеток — и другие дегенеративные процессы.
В исследованном образце сетчатки TUNEL-положительных клеток обнаружено не было.
Эти результаты свидетельствуют о необычайно длительном сохранении структуры сетчатки, однако не означают, что глаза гренландских