Странное глубоководное существо утратило зрение и стало жить в полной темноте

Фото из открытых источников

Новое исследование показало, что глубоководный стеклянный гребешок утратил значительную часть своего зрительного аппарата, развивая систему выживания, основанную на осязании, взаимодействии с бактериями и химической защите. Результаты исследования были опубликованы в журнале Nature Communications.

Это открытие превращает почти прозрачного моллюска, обитающего на темном морском дне, в образец того, как животные обменивают зрение на партнерские отношения.

В районе Хайма-Сип — холодном, богатом химическими веществами участке морского дна в Южно-Китайском море — это животное обитает на глубине около 1400 метров. Там профессор Цзянь-Вэнь Цю, морской биолог из Гонконгского баптистского университета (HKBU), связал утраченные гены, отвечающие за зрение, и более развитые гены сенсорного восприятия с прямыми данными, полученными из тела животного.

Те же данные свидетельствуют о том, что Catillopecten margaritatus использует свой ободок, образующий раковину, в качестве сенсорной поверхности, а не просто как край для построения раковины. Этот компромисс помогает объяснить, почему следующие подсказки приходят благодаря тактильным ощущениям, химическим процессам и контакту с микроорганизмами, а не благодаря зрению.

Глубокая темнота делает работу глаз затратной, поскольку до морского дна доходит мало полезного света, а глазная ткань все равно требует энергии. У многих двустворчатых моллюсков фоторецепторные органы, светочувствительные части тела, исчезают после того, как линии развития заходят в норы или глубоководные местообитания.

Новый анализ показал, что у Catillopecten margaritatus сохранились некоторые гены, отвечающие за развитие глаз, но утрачено большинство светочувствительных опсинов — белков, воспринимающих свет. Зрение не просто ослабло в результате использования; активные гены животного теперь указывают на способность к осязанию, химическому взаимодействию и контакту с микроорганизмами.

Длинные щупальца вдоль края мантии, образующего раковину ободка, теперь, по-видимому, играют центральную роль в том, как Catillopecten margaritatus встречает опасность в темноте. Активные в этом месте гены отслеживают химические сигналы, стресс и контакты, что наделяет ободок более широким кругом задач, чем просто построение раковины.

Расширение генов лектинов, которые помогают клеткам распознавать микробы, может позволить ткани отличать полезные бактерии от угроз, не отторгая при этом союзников. Таким образом, сенсорная работа переместилась с глаз на поверхность, соприкасающуюся с окружающей водой и осадками.

На жабрах морского гребешка обитают сероокисляющие бактерии — микроорганизмы, которые получают энергию из соединений серы, а не поглощают их клетками. Такое внетелесное партнерство называется эктосимбиозом, когда один организм живет на поверхности другого и постоянно контактирует с морской водой.

Более ранние исследования показали, что бактериальный партнер испытывает недостаток некоторых основных питательных веществ и тесно зависит от морского гребешка. Такая зависимость делает взаимосвязь более тесной, чем при обычном поверхностном росте, даже без бактерий, живущих внутри клеток гребешка.

Жабры сталкиваются с самым сложным балансом, поскольку они являются средой обитания бактерий и одновременно противостоят всем случайным микробам в морской воде. Иммунные гены гребешка продемонстрировали там высокую активность, особенно гены, распознающие поверхности бактериальных клеток.

Инструменты распознавания, такие как рецепторы и лектины, могут считывать поверхностные сахара микробов, но в данном случае они также могут позволять взаимодействовать с желаемыми партнерами. Слабый фильтр способствует распространению болезней, а чрезмерно активный может уничтожить взаимосвязь между производством и употреблением пищи.

Партнерство сопряжено с опасностью, поскольку сероводород, токсичный сернистый газ, может остановить производство энергии на основе кислорода. Чтобы ослабить эту угрозу, гены жабр помогают преобразовывать сульфид в менее опасные формы серы внутри тканей, прежде чем произойдет распространение повреждений.

Один из ферментов, сульфидхиноноксидоредуктаза, белок, запускающий процесс очистки от сульфидов, продемонстрировал признаки эволюционной тонкой настройки. Детоксикация позволяет гребешку удерживать бактерии поблизости, не допуская отравления собственных клеток из-за содержащихся в них веществ.

Хрупкая раковина соответствует той же модели выживания, поскольку для образования твердого карбоната кальция, основного минерала раковины, на большой глубине требуются энергетические затраты. Анализ химического состава раковин показал меньшее содержание кальция в глубоководном стеклянном гребешке, чем в мелководном гребешке, использованном для сравнения.

Снижение кальцификации, процесса образования минеральных раковин, может способствовать экономии энергии в тех случаях, когда холодная вода под давлением затрудняет рост раковин. Металлические следы в раковине также фиксируют химический состав окружающей среды, включая элементы, высвобождающиеся через глубокие осадочные породы.

Партнерство не превратило гребешок в простого зависимого хозяина, поскольку его кишечник по-прежнему проявлял активность. Животное, по всей видимости, по-прежнему питается как хищник, проглатывая мелких животных или мусор.

Миксотрофия, то есть получение пищи из более чем одного источника, по-видимому, широко распространена во многих партнерских отношениях, использующих химическую энергию в океане. Для этого вида морских гребешков второй путь получения пищи может предотвратить полную зависимость от химии серы.

Несмотря на эти необычные особенности, геном морского гребешка сохранил базовую структуру из 19 хромосом, характерную для обыкновенных морских гребешков. В результате сборки было идентифицировано около 1,1 миллиарда букв ДНК и выявлено 25 153 гена, кодирующих белки, то есть генов, несущих инструкции для синтеза белков.

Согласно семейной истории, отделение от обыкновенных морских гребешков произошло около 410,6 миллионов лет назад, задолго до появления этого бактериального партнерства. Жизнь в глубоководных районах появилась первой, а симбиоз, вероятно, возник позже, хотя точное время его возникновения остается неизвестным.

Потеря зрения, химическая защита, более тонкое строение панциря, иммунная сортировка и гибкое питание теперь объясняют выживание одного животного в темноте. В будущем химический анализ и ферментные тесты позволят измерить, какое количество пищи поступает от бактерий, добычи и химической переработки в разные сезоны и места.