Включите цвет

Фоторецепторы –

образования, способные поглощать свет и обеспечивать фотобиологические процессы в организме. Фоторецепторами могут быть молекулы пигментов, специальные клетки, органы, а также такие структуры, как хлоропласты растений, пластиды водорослей, хроматофоры бактерий.

Биологи Центра эволюционной генетики при университете Нью-Йорка обнаружили ключевой химический фактор, который позволяет клеткам фоторецепторов плодовой мушки дрозофилы приобрести цветочувствительность. Опубликованное 9 марта в журнале Nature открытие может оказаться полезным и для людей.

Сотрудники лаборатории профессора Клода Деплана выбрали плодовую мушку как идеально подходящую для того, чтобы исследовать генетически обусловленные «случайные события» (которые могут случиться, а могут и не произойти). К таким явлениям относится и цветочувствительность фоторецепторов, различающаяся у разных мушек.

Дрозофила – излюбленный объект изучения генетиков, так как легко и быстро плодится и обладает сравнительно небольшим геномом и четкостью расщепления в потомстве. Так, в 2003 году была составлена полная белковая карта дрозофилы, описывающая более 7 000 белков и более 20 000 видов взаимодействия между ними. Для сравнения: в человеческой ДНК насчитывается около 30 000 генов, которые обеспечивают существование более 250 000 видов белков в организме.
Фасеточный глаз мухи содержит приблизительно 800 омматидиев. В каждом омматидии 6 внешних и 2 внутренних фоторецептора (R7 и R8); внутренние рецепторы распознают цвет, подобно колбочкам в сетчатке человеческого глаза.

Омматидий –

оптическая единица фасеточного глаза насекомых, ракообразных и некоторых многоножек, состоящая из линзы с неизменным фокусным расстоянием, кристаллического конуса и группы светочувствительных клеток с нервными отростками.

Омматидии образовались в ходе эволюции из археомм – изолированных простых глазков, интегрировавшихся в сложный фасеточный. Количество омматидиев колеблется от 100 у рабочего муравья до 28 000 у стрекозы. Фасеточный глаз приспособлен прежде всего для восприятия движения и обеспечивает очень широкий угол зрения, острота зрения развита при этом слабо.

Около 30% омматидиев чувствительны к синему цвету – их называют «бледными». Остальные 70% распознают зеленый цвет и называются «желтыми». Соотношение 30 к 70 характерно для многих разновидностей мух. Распределяются же бледные и желтые рецепторы по глазу мухи беспорядочно, вперемешку.

Как пишет профессор Деплан, биологов прежде всего интересовало, как рецепторы R7 и R8 «решают», стать им «бледными» или «желтыми», и как решение влияет на случайное распределение рецепторов каждого типа среди других «цветных» фоторецепторов в глазу плодовой мушки.

В итоге генетикам удалось идентифицировать ген считывания соответствующей информации с ДНК.

Ген носит название spineless. Он определяет всю мозаику цветовых фоторецепторов сетчатки мушиного глаза, начиная с середины стадии куколки. У мушек, у которых не происходила или не могла произойти экспрессия гена spineless, все фоторецепторы R7 и большинство рецепторов R8 стали «бледными», говорят авторы. У мушек со сверхвыраженной активностью этого специфического гена все фоторецепторы оказались «желтыми». Кроме того, генетики выяснили, что клетки рецепторов принимали свое «решение» самостоятельно, соседние клетки, как случается при других биологических процессах, не оказывали на них никакого влияния.

По словам Деплана, «вероятностная генная активность – крайне важная и в то же время притягательная сфера биологического знания. Деятельность «цветных» фоторецепторов оказалась превосходной моделью для решения такого рода проблем». Впервые удалось идентифицировать фактор, управляющий клеткой. Нью-йоркское открытие дополняет и развивает данные, полученные тем же коллективом ученых ранее, о чем журнал Cell писал в сентябре.

Открытие нью-йоркских ученых, возможно, поможет разобраться с механизмами нарушения цветочувствительности у людей. Дальтонизм – одно из них. Самое известное, но отнюдь не единственное.

Цветовое зрение в той или иной степени свойственно всем животным, кроме, по-видимому, ночных, глубоководных или пещерных.

Дальтонизм –
частичная цветовая слепота, впервые описана в 1794 Дж. Дальтоном, который сам страдал этим недостатком. Лечить его современная медицина не умеет.

Цветовые рецепторы (колбочки) у людей и обезьян делятся на три типа – сине-, красно- и зеленочувствительные. Поэтому их относят к трихроматам. Ген, кодирующий «синие» колбочки, расположен в хромосоме 7, а «красные» и «зеленые» – в X-хромосоме. Поэтому чаще различные генетические нарушения цветового зрения встречаются у мужчин: женщины, как правило, лишь передают патологию по наследству. Всего нарушениями цветовосприятия страдает около 8% населения Земли, причем на 8% больных дальтонизмом людей приходится всего 0,5% женщин-дальтоников.

Как видит человек.

Световые лучи от рассматриваемых им предметов проходят через оптическую систему глаза (роговицу, хрусталик и стекловидное тело) и попадают на сетчатку. В сетчатке сосредоточены светочувствительные фоторецепторы, они делятся на колбочки (примерно 7млн) и палочки (150млн). Попав на фоторецепторы, свет вызывает перестройку содержащихся в них зрительных пигментов (наиболее изучен из них родопсин), за счет чего возникают нервные импульсы. Импульсы передаются в следующие нейроны сетчатки и далее в зрительный нерв, откуда по зрительным трактам поступают в латеральные коленчатые тела — подкорковый центр, а затем в корковый центр зрения в затылочных долях головного мозга. Там и происходит формирование зрительного образа. («Малая медицинская энциклопедия»)

Как показывают исследования генетиков, занимающихся изучением зрительных пигментов, разделение колбочкового пигмента на два разных пигмента произошло задолго до отделения палочкового пигмента – примерно 500 млн лет назад. Тогда же появилась возможность цветоразличения.

Чаще всего наблюдается такое нарушение, как дихромазия. Дихроматы определяют цвета по их яркости и способны отличать только «теплые» тона (красный, оранжевый, желтый) от «холодных» (зеленый, синий, фиолетовый). Дихромазия включает в себя протанопию (отсутствие красночувствительного приемника) и дейтеранопию (слепоту на зеленый цвет). Тританопия – слепота на фиолетовый цвет – крайне редка.

Человек часто не подозревает о наличии у него «цветовых» расстройств.

Их удается выявить при помощи специального прибора-аномалоскопа или при тестировании, например на курсах автовождения. Иными словами – в ситуации, когда нет «подсказок» о цвете. Нарушения цветочувствительности в быту обычно компенсируют стереотипы – все знают, что трава зеленая, а верхняя лампочка светофора – красная.

Животные используют цветовое зрение при поиске пищи, брачного партнера, для отметки территории, отпугивания хищника или особей своего вида, при затаивании. Среди животных есть как дихроматы – грызуны, многие виды рыб и амфибий, так и трихроматы. Кстати, у фруктоядных обезьян Нового Света, живущих большими группами, вожаками чаще становятся самки-трихроматы, имеющие преимущества при поисках спелых оранжевых плодов в зеленой листве перед самцами-дихроматами.

Многие виды рыб обладают тетрахроматическим зрением.

Хорошее цветовое зрение у дневных рептилий (ящериц, черепах) и птиц, воспринимают цвета и кошки, собаки и копытные, хотя долгое время утверждалось обратное. Обычное явление в мире насекомых – чувствительность к ультрафиолету, их мир гораздо красочнее и ярче человеческого.

Возможно, что новое открытие американских генетиков в будущем приведет к тому, что люди тоже научатся видеть в ультрафиолетовом (а, возможно, и инфракрасном) диапазонах.