Планктон тормозит на любой свет

Учёные выяснили, как зоопланктон плывёт на свет

Даже зоопланктон предпочитает темноте свет. Чтобы устремиться к теплу и пище, микроскопические создания жмут не на «газ», а на «тормоз», прерывая таким образом бесконечное движение по кругу. Управляет движением непосредственно примитивный глаз животного.

По некоторым подсчётам, около 97% информации, поступающей в человеческий мозг, приходит от зрительного анализатора. И очень сложно представить, как умудряются выживать организмы, обладающие самыми примитивными фоторецепторами, которые и анализаторами-то назвать нельзя. Тем не менее, их вполне достаточно для фототаксиса – феномена направленного движения к свету, обеспечивающего миграцию различных животных, среди которых и зоопланктон.

На примере представителей последнего — личинок нереид, Арендт Детлев и его немецкие коллеги-зоологи объяснили всему миру и учителям биологии механизм движения к свету.

врез №
skin: article/incut(default)
data:

{
    "_essence": "test",
    "click": "on",
    "id": "2756388",
    "incutNum": 1,
    "repl": "<1>:{{incut1()}}",
    "uid": "_uid_2889410_i_1"
}

Органы зрения личинок червя Platynereis dumerilii представлены парой примитивных «протоглазков», состоящих всего из двух клеток – светочувствительной и пигментной. Ещё Чарльз Дарвин предложил отсчитывать эволюцию органа зрения именно с такой самодостаточной формы.

Хотя пигментной называется лишь одна из двух клеток этого примитивного глаза, пигменты есть и в той, и в другой. Светочувствительные клетки содержат светочувствительный пигмент, возбуждаемый фотонами определенной длины волны. А пигментные – пигмент черный, который поглощает весь падающий на него свет, тем самым защищая светочувствительный пигмент от выгорания и от действия рассеянного света.

врез №
skin: article/incut(default)
data:

{
    "_essence": "test",
    "click": "on",
    "id": "2674729",
    "incutNum": 2,
    "repl": "<2>:{{incut2()}}",
    "uid": "_uid_2889410_i_2"
}

На базе такой простой системы природа и создала всё известное многообразие глаз, увеличивая количество клеток, добавляя новые пигменты, чувствительные к свету разных длин волн, совершенствуя электропроводящую систему, анализирующую часть, и, безусловно, оптику и взаимное расположение клеток. Это позволяет некоторым членистоногим не просто видеть в инфракрасном или ультрафиолетовом диапазонах, но даже различать угол поляризации света.

Личинки нереид похвастаться сложной организацией тела не могут. У них даже не сформировалась нервная система, позволяющая посылать управляющие сигналы к единственным органам движения – ресничкам, расположенным по бокам тела. Работа Детлева и его коллег наполняет название органов движения новым смыслом.

В отсутствии нервной системы глазам приходится брать командование ресничками на себя.

Детлев и соавторы публикации в Nature «вспомнили», что миграция большинства морских примитивных животных к свету идет «по спирали» – точнее, геликоиду. Отчасти поэтому ученые отказались от традиционной схемы исследований – «выжечь глаза, посветить и посмотреть что получится» – и для начала записали на камеру движение здоровой особи и ток воды, возбуждаемый движением её ресничек.

врез №
skin: article/incut(default)
data:

{
    "_essence": "test",
    "incutNum": 3,
    "pic_fsize": "106484",
    "picsrc": "Личинка Platynereis dumerilii с хорошо заметными ресничками. Примитивные «глаза» животного непосредственно управляют движением передних ресничек. // EMBL",
    "repl": "<3>:{{incut3()}}",
    "uid": "_uid_2889410_i_3"
}

Выяснилось, что за счёт неравномерно распределяемого между передними и задними ресничками усилия, личинка все время поворачивает в сторону. В результате нереида не может далеко уплыть, а кружится на одном и том же месте. Только в отличие от танка с подбитой гусеницей, она ещё и вертится вокруг своей оси – за счёт той же неравномерности усилий. Потому движется нереида не по кругу, а по поверхности сферы; в пределах этой сферы и остаётся животное.

Но стоит посветить в один из двух протоглазков, как реснички с этой стороны существенно замедляют свой биение.

В результате личинка спрямляет свою линию движения, постепенно продвигаясь к свету. Грубо говоря, двигаться в определённом направлении нереиде позволяет педаль тормоза, а не газа. Притом тормозной сигнал от глаза уходит не в какие-то нервные центры, а сразу на ресничку – благо она расположена непосредственно у светочувствительного органа.

Ученым даже удалось воспользоваться полученной моделью для расчета фототаксиса хламидомонады, обладающей только одним «глазком» и одним жгутиком. Модель показала себя во всей красе, в точности повторив наблюдаемое движение одноклеточного.