Ryba, która "widzi" przez skórę. Nie musi nawet żyć, aby zachować tę zdolność

Odyńczyki, podobnie jak wiele stworzeń morskich zamieszkujących rafy koralowe, są ekspertami w zmienianiu ubarwienia swojej skóry. Nowe badania wykazały, że ryby te potrafią "widzieć" siebie poprzez skórę, w którą mają wbudowany mechanizm wykrywania światła niezależny od oczu. Co więcej, okazuje się, że nawet nie muszą żyć, aby zachować tę zdolność.

Kilka lat temu, podczas wyprawy na ryby do Florida Keys biolożka Lori Schweikert wyłowiła odyńczyka (Lachnolaimus maximus). To popularny gatunek występujący w zachodnim Atlantyku od wybrzeży Stanów Zjednoczonych po północną Brazylię. Zamieszkuje obszary w pobliżu raf koralowych. Osiąga do blisko metra długości i do siedmiu kilogramów masy ciała. Znany jest ze swoich niebywałych zdolności kamuflażu. Przedstawiciele tego gatunku potrafią zmienić ubarwienie w ciągu kilku milisekund, aby wtopić się w otoczenie.

Schweikert po wyłowieniu odyńczyka rzuciła go na pokład. Po jakimś czasie zauważyła, że ryba dostosowała swoje ubarwienie do koloru pokładowych desek. Nie byłoby w tym nic dziwnego gdyby nie fakt, że ryba była już martwa. To kazało jej się zastanowić, czy gatunek ten może wykrywać światło za pomocą skóry, niezależnie od oczu i bez udziału mózgu?

Badaczka rozpoczęła badania gatunku. W 2018 roku wraz z Sönke Johnsenem z Duke University wykazała, że ryby posiadają gen kodujący opsyny, wrażliwe na światło białka. Występują one m.in. w siatkówce i są zaangażowane w proces widzenia. Tylko że u odyńczyków opsyny aktywowane są w skórze i gen ten różni się od genów kodujących opsyny występujące w ich oczach.

Dalsza część artykułu pod materiałem wideo

W badaniach zauważono również, że inne zwierzęta zmieniające ubarwienie, od ośmiornic po gekony, również wytwarzają w swojej skórze opsyny wyczuwające światło. Ale to, w jaki dokładnie sposób używają ich do zmiany koloru, nie było jasne. - Kiedy znaleźliśmy gen u odyńczyków, spojrzałam na Sönke i zapytałam: po co mieć detektor światła w skórze? - przyznała Schweikert, obecnie adiunkt na Uniwersytecie Północnej Karoliny w Wilmington.

Jedna z hipotez głosi, że skóra wyczuwająca światło pomaga zwierzętom poznawać otoczenie i lepiej się maskować. Jednak nowe odkrycia, których wyniki i opis ukazał się na łamach pisma "Nature Communications" (DOI: 10.1038/s41467-023-40166-4) sugerują inną możliwość. Ryby te mogą wykorzystywać opsyny "do spojrzenia na siebie".

W nowych analizach uczeni pobrali kawałki skóry z różnych części ciała ryby i zrobili im zdjęcia pod mikroskopem. Z bliska skóra odyńczyków wygląda jak przykład pointylizmu – techniki malarskiej, w której kompozycję obrazu buduje się poprzez gęsto usiane, różnobarwne punkty. Podobnie jest ze skórą tych ryb. Każda kolorowa kropka to wyspecjalizowana komórka zwana chromatoforem zawierająca granulki pigmentu, który może być czerwony, żółty lub czarny.

Ruch tych granulek stoi za zmianą ubarwienia skóry. Kiedy granulki rozprzestrzeniają się po komórce, kolor wydaje się ciemniejszy. Kiedy skupiają się na jednej ciasnej przestrzeni, komórka staje się bardziej przezroczysta.

Następnie badacze zastosowali technikę zwaną immunoznakowaniem, aby zlokalizować białka opsyny w skórze. Odkryli, że u odyńczyków opsyny nie są wytwarzane w komórkach chromatoforowych zmieniających kolor. Zamiast tego znajdują się w innych komórkach bezpośrednio pod nimi.

Zdjęcia wykonane za pomocą elektronowego mikroskopu transmisyjnego ujawniły nieznany wcześniej typ komórek, tuż pod chromatoforami, wypełniony białkiem opsyny. Oznacza to, że światło padające na skórę musi najpierw przejść przez wypełnione pigmentem chromatofory, zanim dotrze do warstwy światłoczułej.

Naukowcy szacują, że cząsteczki opsyny w skórze odyńczyków są najbardziej wrażliwe na światło niebieskie. Tak się składa, że jest to długość fali światła, którą najlepiej absorbują granulki pigmentu w chromatoforach ryb.

Odkrycia sugerują, że wrażliwe na światło opsyny ryb zachowują się trochę jak wewnętrzna błona polaroidowa. - Zwierzęta te potrafią dosłownie zrobić zdjęcie własnej skóry od środka. W pewnym sensie mogą dowiedzieć się, jak wygląda ich skóra – powiedział Johnsen.

- Żeby było jasne, nie twierdzimy, że skóra odyńczyków działa jak oko. Nie mamy żadnych dowodów sugerujących, że to właśnie dzieje się w ich skórze – powiedziała Schweikert. Bo oczy nie tylko wykrywają światło, ale przekazują też bodźce do mózgu, z których powstają obrazy. W przypadku odyńczyków, jak wskazują badacze, mamy do czynienia z sensorycznym systemem informacji zwrotnej, który pozwala rybom monitorować własną skórę w miarę zmiany koloru i dostosowywać ją do tego, co widzi oczami. - Wygląda na to, że ryby te obserwują zmianę własnego koloru – wyjaśniła Schweikert.

Jak twierdzą autorzy badań, prace te mogą utorować drogę do ulepszenia urządzeń takich jak zrobotyzowane kończyny i samochody autonomiczne, które muszą dostosowywać swoje działanie bez polegania wyłącznie na obrazie z kamery.

- Sensoryczny system informacji zwrotnej to jedna ze sztuczek, które technologia wciąż próbuje opanować. To badanie stanowi dobrą analizę nowego typu systemu informacji zwrotnej - powiedział Johnsen.

- Gdybyś nie miał lustra i nie mógł zgiąć szyi, skąd wiedziałbyś, czy jesteś odpowiednio ubrany? Dla nas może to nie mieć znaczenia. Jednak w przypadku stworzeń, które wykorzystują swoje zdolności zmiany koloru do ukrywania się przed drapieżnikami, ostrzegania rywali lub zabiegania o względy partnerów, może to oznaczać życie lub śmierć - podkreśliła Szwejkert.

Źródło: Duke University