Явление, когда разные, неродственные виды независимо приходят к одинаковому биологическому решению, называется параллельной эволюцией. Ученые из Университета Осаки обнаружили яркий пример такого процесса: стрекозы воспринимают красный свет почти так же, как это делают млекопитающие, включая человека. Это открытие может иметь значение не только для биологии насекомых, но и для медицины, где технологии на основе красного света находят широкое применение.
Цветовое зрение у человека обеспечивается особыми белками в сетчатке — опсинами. У нас есть три основных типа, каждый из которых настроен на восприятие синего, зеленого или красного цвета. Стрекозы выделяются среди других насекомых своей необычной способностью улавливать красный свет. Исследовательская группа под руководством профессоров Мицумасы Коянаги и Акихисы Теракиты обнаружила у этих насекомых уникальный опсин, реагирующий на свет с длиной волны около 720 нанометров. Это даже за пределами того красного спектра, который доступен человеческому глазу.
Как отмечают ученые, это один из самых чувствительных к красному свету зрительных пигментов из всех известных. Вероятно, стрекозы видят красный лучше, чем большинство других насекомых. Исследователи предположили, что такая особенность помогает им в поиске партнера. Чтобы проверить эту идею, они измерили коэффициент отражения света у самцов и самок. Оказалось, что они по-разному отражают красный и ближний инфракрасный свет. Это позволяет предположить, что самцы могут использовать эти тонкие визуальные сигналы для быстрого распознавания самок в полете.
Самое удивительное, что молекулярный механизм, с помощью которого опсин стрекозы улавливает красный свет, оказался идентичен механизму у млекопитающих. Это означает, что один и тот же эволюционный путь был пройден независимо в двух очень далеких друг от друга группах животных.
Но открытие имеет и практическую сторону. Ученые выяснили, что одна конкретная позиция в структуре белка-опсина определяет его чувствительность к свету. Изменив эту позицию, они смогли «настроить» белок на восприятие еще более длинных волн, приблизившись к инфракрасному диапазону. Затем была создана модифицированная версия белка, и эксперименты подтвердили, что клетки, содержащие этот белок, можно активировать с помощью ближнего инфракрасного света.
Это особенно важно для оптогенетики — области науки, где светочувствительные белки используются для контроля над клетками в живых тканях. Свет с большей длиной волны проникает глубже в организм. Поэтому белок, реагирующий на ближний инфракрасный свет, может стать мощным инструментом для изучения и управления клетками в труднодоступных участках тела. Как подчеркивают исследователи, их работа открывает путь к созданию новых перспективных оптогенетических инструментов.
Результаты исследования опубликованы в журнале Cellular and Molecular Life Sciences.
Изображение: фрипик
