Badacze z Osaka Metropolitan University w Japonii ujawnili zupełnie nowy mechanizm pozwalający koralowcom na percepcję światła. W centrum tego badania znajdują się białka zwane opsynami ASO-II, które działają w fundamentalnie odmienny sposób od wszystkich dotychczas znanych mechanizmów widzenia. Jak wyjaśnia prof. Akihisa Terakita z Osaka Metropolitan University:
Niektóre opsyny ASO-II koralowców budujących rafy nie posiadają typowych aminokwasów przeciwjonowych, które znajdują się w opsynach innych zwierząt.
Zespół badawczy skoncentrował się na gatunku Acropora tenuis, wykorzystując zaawansowane techniki laboratoryjne oraz symulacje komputerowe. Wyniki ich pracy przyniosły zaskakujące wnioski dotyczące ewolucji systemów sensorycznych.
Koralowce nie mają oczu, a i tak “widzą”
Podczas gdy większość zwierząt wykorzystuje specjalne aminokwasy do stabilizacji procesu wykrywania światła, koralowce opracowały alternatywną strategię. Wykorzystują one jony chlorkowe bezpośrednio z otaczającego środowiska morskiego jako swoistych “stabilizatorów” molekularnych.
Czytaj też: Hipotez było wiele, ale teraz poznaliśmy prawdę. Wiemy, dlaczego koralowce “świecą”
Dr Yusuke Sakai, główny autor badania, tłumaczy:
Odkryliśmy, że jony chlorkowe stabilizują wiązanie Schiffa słabiej niż aminokwasy, dzięki czemu opsyna może odwracalnie przełączać się między czułością na światło widzialne a czułością na UV w zależności od pH.
Ta elastyczność mechanizmu pozwala koralowcom na adaptację do zmieniających się warunków środowiskowych. Przy niższym pH system staje się wrażliwy na światło widzialne, podczas gdy wyższe pH przełącza czułość na ultrafiolet. To niezwykłe przystosowanie daje koralowcom przewagę w zmiennym środowisku morskim.
Odkrycie ma szczególne znaczenie w kontekście symbiozy koralowców z glonami zooksantellami. Proces fotosyntezy prowadzony przez glony zmienia pH wewnątrz komórek koralowca, co bezpośrednio wpływa na wrażliwość ich “systemu wzrokowego”. W praktyce oznacza to, że koralowce mogą monitorować aktywność metaboliczną swoich symbiotycznych partnerów.
Oprócz wartości czysto poznawczej, odkrycie może znaleźć zastosowanie w optogenetyce – dziedzinie łączącej optykę z genetyką. Jak zauważa prof. Mitsumasa Koyanagi:
Opsyna ASO-II z Acropora tenuis wykazała zdolność do regulowania jonów wapnia w sposób zależny od światła, co wskazuje na potencjalne zastosowania jako narzędzie optogenetyczne, którego czułość długości fal zmienia się wraz z pH.
Badanie opublikowane w eLife poszerza nasze rozumienie ewolucji systemów sensorycznych i przypomina, jak wiele tajemnic wciąż skrywają organizmy morskie. W dobie zagrożeń dla raf koralowych, takie odkrycia pomagają docenić złożoność tych ekosystemów i zrozumieć, dlaczego ich ochrona jest tak ważna.
Chemia widzenia u człowieka
Opsyny to białka receptorowe zlokalizowane w błonach fotoreceptorów siatkówki – pręcików i czopków. Same w sobie nie pochłaniają światła, lecz wiążą niewielką cząsteczkę – retinal, czyli aldehyd witaminy A. To właśnie retinal pełni rolę fotoreagenta: pod wpływem fotonu zmienia swoją konformację z formy 11-cis na all-trans. Ta szybka zmiana kształtu powoduje, że opsyna zmienia swoją strukturę i aktywuje kaskadę sygnałową w komórce. W pręcikach główną rolę pełni rodopsyna, niezwykle czuła na światło, która odpowiada za widzenie w nocy, natomiast w czopkach występują różne opsyny czułe na światło czerwone, zielone i niebieskie, co stanowi podstawę widzenia barwnego.
Czytaj też: Ludzki mózg znowu zaskakuje! Potrafi nawet “włączyć” widzenie i wiadomo już, jak to robi
Chemia widzenia opiera się więc na przełożeniu reakcji fotochemicznej w retinalu na sygnał bioelektryczny w siatkówce. Aktywacja opsyny uruchamia białko transducynę, a dalej kaskadę enzymatyczną, która prowadzi do zamknięcia kanałów jonowych i zmiany potencjału błonowego fotoreceptora. Ten sygnał jest następnie przetwarzany przez kolejne warstwy neuronów w siatkówce i przesyłany do mózgu nerwem wzrokowym. Kluczowa jest tu powtarzalność cyklu: retinal po izomeryzacji musi wrócić do formy 11-cis, co zapewnia tzw. cykl widzenia z udziałem komórek nabłonka barwnikowego siatkówki. To subtelne połączenie fotochemii i neurobiologii sprawia, że proces rejestracji światła jest jednym z najszybszych i najbardziej precyzyjnych mechanizmów biochemicznych w organizmie człowieka.