Najbardziej zdumiewające oczy w przyrodzie

To są oczy rawki błazna – zwierzęcia morskiego, które nie jest ani modliszką, ani krewetką, ale bliskim krewnym krabów i homarów. Jest to oko złożone, składające się z tysięcy małych fasetek, z których każda niezależnie wykrywa światło. Te, które znajdują się w pasie środkowym – centralnie położone pasma widoczne na zdjęciu – są specjalne. To one pozwalają zwierzęciu widzieć kolory.

Większość ludzi ma trzy rodzaje komórek wykrywających światło czyli fotoreceptorów, które są wrażliwe na światło czerwone, zielone i niebieskie. Ale rawka błazen ma między 12 a 16 różnych fotoreceptorów w pasie środkowym. Większość ludzi zakłada, że muszą dlatego widzieć wyjątkowo dobrze szeroką gamę kolorów - “bomba termonuklearna światła i piękna”, jak napisał Oatmeal. Ale w zeszłym roku Hanna Thoen z University of Queensland odkryła, że znacznie gorzej rozróżniają kolory niż większość innych zwierząt! Wydaje się, że używają swojego ponad tuzina receptorów do rozróżniania kolorów w wyjątkowy sposób, który różni się niezmiernie od innych zwierząt, ale jest dziwnie podobny do niektórych satelitów.

Thoen skupiła się na receptorach, które wykrywają kolory od czerwonego do fioletowego – ta sama tęcza, którą my widzimy. Te drapieżne zwierzęta potrafią także widzieć ultrafiolet (UV). Rawki błazny mają sześć fotoreceptorów poświęconych tej części spektrum, każdy nastrojony na inną długość fal. To jest najbardziej złożony system wykrywania UV, jaki znaleziono w przyrodzie. Michael Bok z University of Maryland chciał wiedzieć, jak to działa.

Podobnie jak my, rawki błazny widzą kolory przy pomocy czułych na światło białek o nazwie opsyny. Tworzą one podstawę pigmentów wzrokowych, które reagują na różne długości fal światła, pozwalając nam widzieć różne kolory. Jeśli rawka błazen ma sześć receptorów UV, powinien mieć przynajmniej sześć opsyn, które są wrażliwe na różne odcienie UV.

Tyle tylko, że ich nie ma. Bokowi udało się znaleźć zaledwie dwie.

Co proszę?

Jak to jest możliwe, żeby było sześć rodzajów receptorów z dwiema tylko opsynami? Istniała jedna możliwość. Coś może filtrować światło uderzające w różne receptory.

Oto analogia: powiedzmy, że masz duży tłum stojący przed sześcioma ochroniarzami, z których każdy ma wykrzykiwać, kiedy zobaczy kogoś o określonym imieniu. Jeden rozpoznaje Adamów, inny celuje w Bobów i tak dalej. Ale ochroniarze nie są zbyt bystrzy; nie rozpoznaliby Adama, nawet gdyby się przedstawił. Ułatwiasz mu więc pracę. Ustawiasz system kolejek w ten sposób, że Adamowie stają przed blokującym Adamów ochroniarzem, a tylko Bobowie docierają do ochroniarza blokującego Bobów i tak dalej. Ochroniarze wykrzykują mniej lub bardziej na oślep, ale nadal poprawnie wykonują swoje zadanie. Nie są konkretnie wybiórczy; dajesz im specjalizację.

To właśnie dzieje się w oku rawki błazna. Kiedy światło uderza fasetkę w oku, musi najpierw przejść przez krystaliczny czopek, który leży nad receptorami. Bok odkrył, że te czopki zawierają substancje blokujące UV o nazwie MAA (czyli aminokwas mikosporynopodobny). Jest tych aminokwasów cztery lub pięć i blokują nieco inne długości fal UV. Zestaw je z filtrami z dwóch leżących u podstaw opsyn, a otrzymasz sześć różnych klas receptorów UV.

Wiele zwierząt morskich ma jeden lub dwa MAA. Używają ich jako filtrów przeciwsłonecznych do blokowania UV przed dotarciem do ich skór i oczu i spowodowania uszkodzeń, które mogą prowadzić do raka. Rawki błazny także używają MAA do blokowania UV, ale w wyjątkowym celu: zamiany ich oczu w niesłychanie wyrafinowane detektory.

Skąd biorą się MAA? Nie jest to jasne. Żadne zwierzę nie potrafi samo wytworzyć tych związków chemicznych, a więc muszą pobierać je ze środowiska, być może z pokarmu lub od mikrobów. Jednak dwóch spośród MAA, jakie odkrył Bok, nie widziano nigdy przedtem, jest więc możliwe, że rawki błazny potrafią jakoś zmienić każdy pobierany MAA w pięć różnych rodzajów.

Zespół próbuje teraz badać, jak rawki błazny reagują na różne sygnały UV. Na przykład, pewne krótkie długości fal UV są dla nich tak odrażające, że unikają jedzenia kojarzonego z tymi długościami fal. Być może ma to coś wspólnego z sygnałami agresji? Rawki błazny mają bogate życie społeczne i mogą komunikować się wzorami ultrafioletowymi, odbijającymi się od ich ciał.

“To jest wiodąca hipoteza, ale związane z nią są problemy – mówi Cronin. – Sygnały nie ewoluują, jeśli nie masz układu wzrokowego, żeby je zobaczyć. Na ogół więc, nie ma gotowego układu do zobaczenia sygnałów, chyba że istnieje on już do dostrzegania czegoś innego”. Zespół patrzy więc także na wzory światła UV w miejscach, gdzie żyją rawki błazny. Nawet jednak, jeśli badanie to potwierdzi, to w tych samych wodach żyje wiele innych zwierząt, a żadne nie ma tak skomplikowanych oczu. Dlaczego więc mają je rawki błazny?

Kiedy w zeszłym roku rozmawiałem z Marshallem, powiedział, że sposób widzenia rawek błaznów może pomagać w bardzo szybkim przetwarzaniu obrazów bez wielkiego wkładu ze strony mózgu. Może to być użyteczne dla drapieżnika, który jest w królestwie zwierząt jednym z najszybciej uderzających. Ale, oczywiście, jest to nadal tylko hipoteza.

A jest jeszcze jedna, zaskakująca warstwa złożoności: receptory, które odbierają kolory czerwony do fioletowego, są połączone z innymi nerwami niż te, które odbierają UV, i oba strumienie prowadzą do różnych części mózgu. Rawka błazen nie tylko wyewoluował absurdalnie i nadmiernie skomplikowany sposób widzenia, ale zrobił to dwa razy.

Źródło: Bok, Porter, Place & Cronin. 2014. Biological Sunscreens Tune Polychromatic Ultraviolet Vision in Mantis Shrimp. Current Biology http://dx.doi.org/10.1016/j.cub.2014.05.071

Natures most amazing eyes just got a bit weirder

Not exactly rocket science, 3 lipca 2014

Tłumaczenie: Małgorzata Koraszewska