Способность воспринимать световые стимулы и соответствующе на них реагировать напрямую связана с приспособленностью особи. В ходе эволюции светочувствительность неоднократно развивалась у разных групп существ независимо, и помимо наиболее близкого и понятного нам восприятия света при помощи глаз (окулярного) существует целый ряд так называемых экстраокулярных — «внеглазных» — способов реакции на свет.
В новой работе специалисты по регенеративной медицине из Индии решили выяснить, как сосуществуют различные системы восприятия света у плоских червей планарий. Эти животные полюбились ученым из-за их удивительных способностей к регенерации: всего за несколько дней они могут отрастить новый хвост или голову (а иногда даже две). При этом происходит и полное восстановление зрительного аппарата животного.
В экспериментах ученые использовали вид планарий Schmidtea mediterranea, которые обладают негативным фототаксисом — склонностью двигаться прочь от источника света.
Исследователи показали, что черви действительно избегали свет любой длины волны — от ультрафиолета до красно-оранжевого света. Затем при помощи тестов с бинарным выбором ученые проверили, насколько планарии способны различать цвета и какой цвет они больше предпочитают. Для этого животным включали одновременно лампы двух цветов и наблюдали, в каком направлении они будут двигаться.
Несмотря на то что у планарий известен всего один тип светочувствительных рецепторов, черви оказались весьма «разборчивы»: к примеру, они синему зеленый, а зеленому — красный. При этом животные оказались чувствительны к оттенкам, отличающимся по длине волны всего на 25 нм, то есть легко отличали фиолетовый от синего и зеленый от желто-зеленого.
Далее ученые проверили, как хирургическое удаление головы влияет на светочувствительность животных. Планариям отрезали головы и наблюдали за их реакцией на свет по мере их регенерации. Пигментация глаз проявлялась на четвертый день после ампутации, и на пятый день у особей восстанавливался негативный фототаксис. Однако способность различать оттенки с точностью до 25 нм возвращалась к червям лишь на 12-й день.
Также исследователи обнаружили, что до момента восстановления головы и глаз у планарий действует экстраокулярная система восприятия света, чувствительная к ультрафиолетовому излучению длинноволнового диапазона (от 360 до 400 нм). Так, животные, подвергшиеся ампутации совсем недавно и еще не способные воспринимать видимый свет, уползали прочь от источника ультрафиолета.
Чтобы изучить взаимодействие окулярной и экстраокулярной систем восприятия света у планарий, ученые предлагали животным «выбирать из двух зол» — ультрафиолетового излучения и видимого света. Оказалось, что при наличии полноценных глаз окулярная система побеждает и черви ползут в сторону ультрафиолета. Однако в процессе регенерации бразды правления переходят глазам только после их окончательного формирования: до седьмого дня после ампутации черви все еще «чувствуют телом» и руководствуются сигналами экстраокулярной системы.
Авторы работы предполагают, что обнаруженные ими закономерности могут иметь место и у других, более сложных организмов.
Статья с результатами исследования опубликована в журнале Science Advances.
Еще один вид, известный способностью к регенерации, — морские ежи. Ученые выяснили, что эти животные вообще не стареют и способны хорошо регенерировать всю жизнь.
