Ночные хитрости: Перевернутые палочки
...Как и другие ночные животные: ДНК некоторых из клеток глаза упаковывается таким образом, что образует крохотные линзы, помогающие эффективно фокусировать свет. Таковы неожиданные выводы исследования, которое было проведено немецкими учеными.
Работа была посвящена воспринимающим свет рецепторным клеткам-«палочкам» (палочковидным зрительным клеткам), расположенным на сетчатке глаза. Палочки ответственны именно за ночное зрение и собирают слабый рассеянный свет. Второй тип фоторецепторных клеток — колбочки — работают при ярком освещении. Палочки настолько чувствительны, что способны зарегистрировать попадание одного-единственного фотона, тогда как колбочкам их требуются десятки, а то и сотни. Зато в них есть только один фоточувствительный пигмент, и палочки создают только черно-белую картинку (у колбочек их 3, и изображение они формируют цветное).
Стоит также напомнить, что генетический материал всех клеток содержится в их ядрах, в нитевидной молекуле ДНК, причем у высших организмов нить многократно скручена и упакована в хромосомы. Когда клетке необходимо считать информацию с определенного участка ДНК, специальные белки распутывают нужную часть нити ДНК, а после другие упаковывают их обратно. Как правило, те гены, к которым клетка обращается постоянно, расположены ближе к центру ядра, где вся необходимая для работы с ними белковая «машинерия» оказывается постоянно под рукой. И наоборот: неактивные гены перемещаются к периферии ядра.
Но исследование палочек сетчатки мышей показало, что у этих клеток все обстоит иначе. Активные гены выталкиваются за пределы ядра, а центр его занимает плотно упакованная ДНК, содержащая неактивные гены. «Все, что должно быть внутри, оказалось снаружи, — удивляется Борис Йоффе (Boris Joffe), один из авторов работы, — и все, что должно быть снаружи, оказалось внутри. Абсолютно еретический факт».
Поначалу ученые не могли понять, какую цель преследует такая коренная реконструкция. В конце концов они решили изучить палочки сетчаток других организмов и посмотреть, так ли обстоит дело и у них. Исследовав несколько десятков млекопитающих, они, наконец, нашли принцип. Оказалось, это необычное свойство палочки проявляют только у ночных животных — кошек, крыс, опоссумов, оленей, кроликов, хорьков. У обитателей дня все устроено, как обычно.
Но оставалось неясным, как именно ночной образ жизни вызывает эту необычную перестройку поведения палочек. Ученым пришлось обратиться к своему коллеге из Кэмбриджа Йохену Гаку (Jochen Guck). Он говорит: «Для меня сразу стало очевидным, что ядро может работать, как дополнительная линза».
Действительно, расположив плотно упакованную ДНК в центре ядра, можно добиться того, что у ядра резко повысится показатель преломления. Плотный материал чуть замедляет движение фотонов света, тогда как распутанный и менее плотный активный генетический материал по краям и вне ядра замедляет его не так сильно. Этот эффект и создает из ядра линзу, фокусирующую свет точно в центре клетки.
А дальше — дело анатомии. Палочки упакованы в сетчатке стопками, так что их работающие как линзы клеточные ядра оказываются одна над другой, передавая свет друг другу по цепочке, будто живое оптоволокно. Йохен Гак проверил свою идею на компьютере. Он создал модель, которая показала, что, в самом деле, если клетки-палочки копят упакованную ДНК в центре, а «распакованную» распределяют по краям, как это происходит у ночных животных, свет может собираться такими линзами.
Подобный способ использования святая святых клетки, ее ДНК, открылся ученым впервые. У других животных — скажем, рыб или ящериц, функции дополнительной линзы в палочках выполняют крохотные капли масла, а использовать для этой цели ДНК — крайне необычное решение.
Такая инверсия расположения ДНК может быть «пережитком прошлого», оставшимся еще от первых предков современных млекопитающих, которые почти наверняка все были ночными животными. Сама по себе такая конфигурация невыгодна, ведь для постоянной работы с активными генами, которые оказываются распределены в пространстве, требуется дополнительное число рабочих белков. Так что со временем у тех животных, которым дополнительная мощность ночного зрения не нужна, палочки вернулись к обычной схеме, и инверсия сохранилась только у ночных жителей.
Стоит сказать, что другие ученые довольно скептически восприняли это сообщение. По их мнению, у ночных животных и без того достаточно клеток-палочек, а фотонов ночью бывает так мало, что нет необходимости передавать их от одной клетки к другой. Точнее говоря, неясно, способен ли этот механизм действительно улучшить ночное зрение.
Читайте также о том, как сегодняшние исследователи раскрывают тайны зрения на молекулярном уровне: «Наблюдение изомеров».
По сообщению Science News