Морските организми си служат с неизвестни досега фоторецептори

Също както растенията и животните на сушата са се адаптирали към часовете слънчева светлина през деня, така и морският свят следва ритъма, наложен от деня, сезоните и дори луната. Експерти от Вашингтонския университет откриват фоторецепторите на морските организми, които позволяват това да се случи.

Едноклетъчните организми в открития океан са въоръжени с разнообразен набор от генетични способи, чрез които разпознават и реагират на светлината, дори, когато тя е съвсем оскъдна. Проучването е публикувано на 01.02.2021 г. в списание „Proceedings of the National Academy of Sciences.“

„Ако обърнете внимание на живота в океана, ще забележите, че всички живи същества там следват цикъла на деня и нощта. Те са в пълна хармония с него и се движат, когато засекат светлина. Как обаче знаят, че е ден? Как разбират, че е нощ?“, споделя авторът Саша Косел, океанограф от университета във Вашингтон.

Макар че са невидими за човешкото око, микробите в океана имат много важна роля за всички останали животни – от сардините до китовете. Ако експертите изяснят някои неподозирани аспекти от функционирането им, ще могат да прогнозират с по-голяма точност как би се променил животът им в условията на постоянни промени.

Каква е приликата между джунглата и океанските организми?

Косел допълва: „Също като джунглите, океанските организми произвеждат кислород и поглъщат въглероден диоксид. Хората вероятно не осъзнават колко важно е това, но едноклетъчните микроорганизми са не по-малко важни от джунглите за нормалния живот на планетата.“

Учените анализират РНК от живи организми в проби от морска вода, отбрани през деня и през нощта. За своя изненада те се натъкват на 4 основни групи фоторецептори, повечето от които непознати до момента. Светлината предизвиква промени в метаболизма, растежа, клетъчното делене, подвижността и може дори да повлияе на продължителността на живота им.

Развитие на оптогенетиката

Новооткритите рецептори за светлина могат да открият нови възможности в областта на оптогенетиката като например упражняване на контрол над клетъчните функции чрез излагане или отнемане на светлина. Според специалистите естествените механизми в природата би трябвало да са много по-чувствителни и по-лесно да улавят светлина с различна дължина на вълните от оптогенетичните методи, създадени от човека.

Вирджиния Армбръст, професор по океанография, признава, че с настоящото изследване броят на откритите до момента фоторецептори нараства значително.

Не е изненадващо, че много от новите способи улавят светлина в синята гама, тъй като водата филтрира червените дължини на вълните и затова океаните ни изглеждат сини. Някои от рецепторите могат да засичат и зелена светлина.

Генетичен анализ на протисти и водорасли

Изследователите вземат пробите навътре в океана, далеч от брега, и се фокусират върху генетичния анализ на протистите – едноклетъчни еукариоти с клетъчно ядро. Те извличат от водата организмите с размер от 200 nm до 1/10 от милиметъра. В този диапазон попадат фотосинтетични организми като водораслите например, които абсорбират светлината, за да произведат нужната им енергия, и други представители на едноклетъчния планктон, които пък получават енергия от други организми.

Екипът събира проби от Северния Пасифик, близо до Хавай, на всеки 4 часа през цялото денонощие, в продължение на 4 дни. С помощта на специални проследяващи устройства (тракери) океанографите проучват водните течения на около 15 метра под водата, за да могат да отберат проби с микроорганизми от една и съща водна маса.

Взети са проби и от дълбочина между 120-150 метра, където вече светлината е много по-слаба. Организмите, които живеят там, имат генетичното свойство да улавят светлината, макар тя да е наистина оскъдна.

През деня, когато слънцето грее, тези живи океански същества натрупват енергия и увеличават размера си, а през нощта започва клетъчно делене, тъй като ултравиолетовото лъчение, на което са изложени, уврежда много по-малко тяхната ДНК.

Армбръст споделя: „Дневната светлина е изключително важна за океанските организми, макар за нас, хората, тя да е просто даденост. Наблюдавайки как се променят те през тези четири дни, само благодарение на слънчевите лъчи, аз и колегите ми осъзнахме колко могъща сила е слънцето всъщност.“

Следващият проект на учените е да изследват места, разположени по-далече от екватора, където планктонът е под въздействието на сезонните промени. Проучването на океанографите е финансирано от фондация “Simons“ и Програмата за научни и инженерингови открития в екологията. Съавтори са Райън Граусман, Ронда Моралес, Франсоа Рибалет, Сара Ху от Океанографския институт „Woods Hole“ и други.