300 млн лет назад эти гранулы с меланином уже были разными: что ископаемые рыбы рассказали о нашем зрении

Палеонтологи из Университетского колледжа Корка обнаружили, что эволюция рыб связана с формой, расположением и количеством крошечных гранул, богатых меланином, — меланосом. Эти особенности сохранились у ископаемых рыб возрастом 300 миллионов лет, что позволяет предположить: меланосомы играли ключевую роль в эволюции позвоночных с момента появления основных групп рыб около 445 миллионов лет назад. Исследование опубликовано в журнале Nature Communications.

Меланин наиболее известен как пигмент, придающий цвет нашей коже и волосам, но он также играет важную роль в защите внутренних органов от вредных веществ. У позвоночных меланин хранится в микроскопических структурах — меланосомах, которые бывают разных форм и размеров. О биологической функции этих различий, а также о том, как меланосомы различаются у разных видов рыб, известно немного.

Исследовательская группа измерила примерно 23 000 меланосом из глаз, кожи и внутренних органов 12 современных видов рыб, принадлежащих к основным группам: бесчелюстные рыбы, хрящевые рыбы и костистые рыбы. Затем они сравнили свои результаты с 3 000 окаменелыми меланосомами, сохранившимися в окаменелостях рыб возрастом 300 миллионов лет из биоты Мазон-Крик в штате Иллинойс, США.

Ученые обнаружили поразительные различия в меланосомах глаз у основных групп ныне живущих рыб. У костистых рыб меланосомы имеют как форму фрикадельки, так и форму колбаски, тогда как у всех остальных исследованных групп рыб присутствуют только меланосомы в форме фрикадельки.

«Различные формы меланосом связаны со зрением», — сказал Дэн Чиртина, исследователь со степенью доктора философии и ведущий автор исследования. — У костистых рыб меланосомы колбасообразной формы в сетчатке, по-видимому, улучшают зрение и помогают контролировать количество света, достигающего светочувствительных клеток глаза, хотя этот процесс довольно медленный».

Однако хрящевые рыбы, такие как акулы и скаты, полностью утратили эти меланосомы, отмечают исследователи, что позволяет большему количеству света достигать специализированных отражающих кристаллов на задней части глаз, благодаря чему они лучше видят в условиях низкой освещенности. Вместо этого эти рыбы в большей степени полагаются на быструю регулировку размера зрачка для контроля поступающего света, что помогает им быстро адаптироваться к изменяющемуся уровню освещенности при плавании между мелководьем и глубиной.

Команда обнаружила одинаковые характерные особенности формы меланосом у ископаемых рыб, что позволяет предположить: эти различия в структуре глаз и зрении рыб были важны с момента разделения этих групп примерно 445 миллионов лет назад.

Исследователи также обнаружили, что у африканских двоякодышащих рыб во внутренних органах присутствуют необычно крупные и многочисленные меланосомы. Эти данные подтверждают другие свидетельства того, что меланин защищает ткани от физиологического стресса. Это важная адаптация, которая, возможно, позволила ранним позвоночным выживать вне воды и перейти к жизни на суше.

«Наши результаты показывают, что меланин — это гораздо больше, чем просто пигмент, используемый для окрашивания кожи и волос, — сказала Мария Макнамара, профессор палеонтологии в Университетском колледже Корка и ведущий автор исследования. — Форма и распределение меланосом тесно связаны с важными изменениями в эволюции рыб — с тем, как они видят, как функционирует их тело и как они адаптируются к окружающей среде. Ископаемые останки рыб показывают, что эти взаимосвязи чрезвычайно древние и являются частью нашей эволюционной истории».

Изображение: Nature Communications