Ця риба бачить не лише очима – вона також бачить шкірою. Кілька років тому під час рибальства на Florida Keys біолог Lori Schweikert зіткнулася з незвичайним швидкоплинним явищем. Вона витягнула рифову рибу з гострим рилом, яка називається свинорилом (Lachnolaimus maximus, вид губана родини Labridae), і закинула її на борт човна. Але пізніше, коли вона пішла покласти її в холодильник, то помітила дещо дивне: шкіра риби набула такого ж кольору і візерунку, як і палуба човна.
Поширена риба в західній частині Атлантичного океану від Північної Кароліни до Бразилії, риба-свинорил відома своєю шкірою, що змінює колір. За лічені мілісекунди вона може змінювати колір від білого до червонувато-коричневого, щоб зливатися з коралами, піском або камінням, що дозволяє їй гармонійно поєднуватися з ними.
Проте Schweikert була здивована, оскільки ця риба продовжувала маскуватися, хоча вже була мертвою. Це змусило її замислитися: чи може риба-свиня виявляти світло за допомогою лише шкіри, незалежно від очей і мозку?
“Це відкрило для мене цілу нову сферу,” – каже Schweikert.
У наступні роки Schweikert почала досліджувати фізіологію “шкірного зору” як докторант в Університеті Дьюка та Міжнародному університеті Флориди.
У 2018 році Schweikert і біолог з Університету Дьюка Sönke Johnsen опублікували дослідження, яке показало, що свинорили несуть ген світлочутливого білка під назвою опсин, який активується в їхній шкірі, і що цей ген відрізняється від генів опсину, які містяться в їхніх очах.
Інші тварини, що змінюють забарвлення, від восьминогів до геконів, також виробляють світлочутливі опсини у своїй шкірі. Але як саме вони використовують їх для зміни кольору, поки що незрозуміло.
“Коли ми знайшли його в рибі-свинорилі, я подивилася на Sönke і сказала: “Навіщо в шкірі світловий детектор?”, – каже Schweikert, нині доцент Університету Північної Кароліни у Вілмінгтоні.
Одна з гіпотез полягає в тому, що світлочутлива шкіра допомагає тваринам орієнтуватися в навколишньому середовищі. Але нові дані вказують на іншу можливість – “що вони можуть використовувати її для того, щоб розглядати себе”, – каже Schweikert.
У дослідженні, опублікованому 22 серпня в журналі Nature Communications, Schweikert, Johnsen та їхні колеги об’єдналися, щоб ближче познайомитися зі шкірою свинорила.
Дослідники взяли шматочки шкіри з різних частин тіла риби і сфотографували їх під мікроскопом.
Зблизька шкіра свинорила схожа на пуантилістичну картину. Кожна кольорова крапка – це спеціалізована клітина, яка називається хроматофор, що містить гранули пігменту, який може бути червоним, жовтим або чорним.
Саме рух цих пігментних гранул змінює колір шкіри. Коли гранули розпорошуються по клітині, колір виглядає темнішим. Коли вони збираються разом у крихітну пляму, яку важко помітити, клітина стає прозорішою.
Далі дослідники застосували метод імуномаркування, щоб визначити місцезнаходження білків опсинів у шкірі. Вони виявили, що у свинопотама опсини не виробляються в клітинах-хроматофорах, що змінюють колір. Натомість опсини знаходяться в інших клітинах безпосередньо під ними.
Зображення, зроблені за допомогою трансмісійного електронного мікроскопа, виявили раніше невідомий тип клітин, розташованих безпосередньо під хроматофорами, наповнених білком опсином.
Це означає, що світло, яке потрапляє на шкіру, повинно спочатку пройти через наповнені пігментом хроматофори, перш ніж досягне світлочутливого шару, каже Schweikert.
За оцінками дослідників, молекули опсину в шкірі свинорила найбільш чутливі до синього світла. Саме таку довжину хвилі світла найкраще поглинають пігментні гранули в хроматофорах риби.
Отримані дані свідчать про те, що світлочутливі опсини риб діють дещо подібно до внутрішньої плівки Полароїда, фіксуючи зміни у світлі, яке здатне фільтруватися крізь заповнені пігментом клітини, розташовані вище, коли пігментні гранули збираються або розходяться віялом.
“Тварини можуть буквально сфотографувати власну шкіру зсередини, – каже Johnsen. “У певному сенсі вони можуть розповісти тварині, як виглядає її шкіра, оскільки вона не може нахилитися, щоб подивитися”.
“Щоб внести ясність, ми не стверджуємо, що шкіра свинорила функціонує як око”, – додає Schweikert. Очі роблять більше, ніж просто виявляють світло – вони формують зображення. “У нас немає жодних доказів того, що саме це відбувається в їхній шкірі, – каже Schweikert.
Швидше за все, це механізм сенсорного зворотного зв’язку, який дозволяє свинорилу стежити за зміною кольору власної шкіри і підлаштовувати її під те, що він бачить очима.
“Вони ніби спостерігають, як змінюється їхній власний колір,” – каже Schweikert.
Дослідники кажуть, що ця робота важлива, оскільки вона може прокласти шлях до нових методів сенсорного зворотного зв’язку для таких пристроїв, як роботизовані кінцівки і самокеровані автомобілі, які повинні точно налаштовувати свою роботу, не покладаючись виключно на зір або зображення з камер.
“Сенсорний зворотний зв’язок – одна з хитрощів, які все ще намагаються розгадати технології,”- каже Johnsen. “Це дослідження є гарним прикладом вивчення нової сенсорної системи зворотного зв’язку.”
“Якби у вас не було дзеркала, і ви не могли б зігнути шию, як би ви дізналися, чи правильно ви одягнені?” сказала Schweikert. “Для нас це може не мати значення, – додала вона. Але для істот, які використовують свою здатність змінювати колір, щоб ховатися від хижаків, попереджати суперників або залицятися до партнерів, “це може бути питанням життя або смерті”.”
Співавторами дослідження виступили дослідники з Флоридського технологічного інституту, Міжнародного університету Флориди та Дослідницької лабораторії ВПС США. Фінансову підтримку надали Університет Дьюка, Міжнародний університет Флориди, Морська біологічна лабораторія та Національний науковий фонд (1556059).
Посилання на оригінал: THIS FISH DOESN’T JUST SEE WITH ITS EYES – IT ALSO SEES WITH ITS SKIN
