Зрение животных на молекулярном уровне адаптировалось к изменениям температуры

Группа ученых из Университета Торонто выяснили, что зрение животных может адаптироваться к температурным изменениям. Для этого эксперты изучили рыб, живущих в водоемах в Андах на высоте до трех километров. Об исследовании, опубликованном в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences, сообщает портал Phys.org.

За способность многих живых организмов видеть отвечает белок родопсин. Под действием света химический состав этого зрительного пигмента изменяется, и одно из соединений, возникающее в результате реакции, вызывает возбуждение зрительного нерва. Низкие температуры замедляют скорость биохимических реакций. Однако зрение рыб, живущих в более холодных высокогорных водоемах, адаптировалось под условия окружающей среды. Ученые обнаружили, что изменения произошли на молекулярном уровне и связаны с эволюцией сложных белков.

"Когда мы думаем об адаптации зрительной системы, свет и цвет обычно являются первыми переменными, которые приходят на ум. Полученные результаты добавили новую единицу измерения, позволяющую оценить, как сложные биологические процессы влияют на адаптацию к экстремальным условиям", - зсказала ведущий автор работы, профессор экологии и эволюционной биологии Университета Торонто Белинда Чанг.

Исследователи обнаружили, что родопсин, помимо участия в химическом процессе, позволяющем живым организмам видеть, также выполняет еще одну функцию. Он увеличивает скорость, с которой проявляется способность видеть у рыб, живущих в холодных высокогорных водоемах.

По словам биологов, их открытие подтверждает ранее доказанную учеными теорию о работе метаболических ферментов под воздействием низких температур. В ответ на холод скорость реакции увеличивается. У теплокровных людей организм компенсирует экстремальный холод, выделяя тепло за счет ускорения метаболизма и повышения скорости двигательной реакции, такой как дрожь.

Изучая зрение высокогорных рыб с точки зрения эволюционных процессов, исследователи пришли к выводу, что естественный отбор прошли особи, имеющие два сегмента белка, отвечающие за его молекулярно-кинетические свойства (обусловленные хаотическим движением молекул). В связи с этим ученые предположили, что в процессе эволюции биохимический состав родопсина изменился, и белок приобрел новую функцию, позволяющую ему адаптировать зрение рыб к низким температурам.

Чтобы подтвердить свою гипотезу, ученые проверили ДНК нескольких рыб. Они создали мутации в родопсине, подменяя аминокислоты рыб, обитающих на различных высотах. Команда смогла подтвердить, что мутации, встречающиеся у рыб, обитающих в более высокогорных водоемах, значительно ускорили проявление молекулярно-кинетических свойств белка, которые отвечают за зрение у хладнокровных животных.

Важность этого открытия заключается еще и в том, что родопсин входит в большое семейство других белков с аналогичными функциями. Ученые считают, что результаты их исследования помогут лучше понять, как генетические мутации вызывают заболевания у человека.