Секрет раскрыт: как рыба-хамелеон «видит» кожей

Динамическое изменение цвета (ДИЦ) — это метод маскировки, который используется некоторыми видами животных для быстрой смены окраски своей кожи в зависимости от внешних условий среды. Это достигается за счет быстрой регуляции нейронными сигналами.

Такой трюк умеют выполнять и головоногие моллюски, и земноводные, и рептилии, и некоторые виды рыб. Во всех этих случаях процесс ДИЦ основывается на регулировании специализированных клеток кожи — хроматофоров. Они меняют цвет за счет внутриклеточной реорганизации пигментных гранул, кристаллов или отражающих пластинок.

Помимо хроматофоров, кожа динамически изменяющих цвет животных содержит еще и клетки, богатые светочувствительными белками опсинами. Эти опсины схожи с белками, которые присутствуют в клетках сетчатки глаза. Однако до сих пор неясно, как связана работа хроматофоров и опсинов при изменении окраски животных.

Группа американских биологов провела детальное микроскопическое исследование кожи рифовой рыбы Lachnolaimus maximus, известной своей способностью динамически менять цвет даже после смерти. Этот механизм у L. maximus основан на двух слоях клеток кожи: верхний слой состоит из хроматофоров, содержащих гранулы с различными пигментами (красный, желтый или черный), а под ним расположен слой клеток, содержащих светочувствительные белки. Работа опубликована в Nature Communications.

Свет, падающий на кожу, должен проникнуть через хроматофоры, прежде чем достигнет светочувствительного слоя. Если гранулы пигмента скапливаются в определенной области хроматофоров, они становятся более прозрачными для света. В таком случае кожа приобретает соответствующий цвет. После этого, нижележащие клетки реагируют на эти изменения путем активации светочувствительных белков и механизмов обратной связи, что влияет на распределение пигментов в хроматофорах.

Авторы предполагают, что сигналы для изменения цвета кожи L. maximus сначала воспринимаются обычным зрением из окружающей среды. Затем происходят изменения в распределении пигментов в хроматофорах, которые регулируются кожными фоторецепторами для более точной настройки камуфляжа.

Получается, рыбы губаны могут в некотором смысле «видеть» цвет своей кожи и оперативно изменять его при необходимости. Но полноценным зрением это, конечно, назвать нельзя, поскольку кожа не связана зрительными нервами с головным мозгом рыбы и не способна формировать изображения.

Исследование может продвинуть новые методы сенсорной обратной связи для разных устройств. Так, роботизированным конечностям и беспилотным автомобилям необходимо точно настраивать свои характеристики, не полагаясь лишь на зрение или видеокамеру.