Barevný svět temných hlubin
Vědci odhalili tajemství barevného vidění hlubinných ryb žijících ve věčné tmě. Na objevu se významně podílela česká vědkyně.
Tvory žijící ve věčných temnotách zhusta připraví evoluce o zrak. Populace, které se dostaly do jeskynních systémů, kam neproniká sluneční světlo, jsou slepé. Oči nepostrádají. Ryby žijící v několikakilometrových hloubkách však mají oči vyvinuté dobře, i když i ony žijí ve věčné tmě, kam ze slunečního svitu proniká jen nepatrný zbytek.
Oko obratlovců včetně ryb má sítnici osazenou dvěma typy buněk. Tyčinky jsou vybaveny světločivným pigmentem reagujícím na velmi slabé záření. Díky tomu vidíme i za šera, ale pouze černobíle. Za barevné vidění vděčíme buňkám sítnice označovaným jako čípky s pigmenty reagujícími na modrou, zelenou a červenou barvu. K tomu však potřebují čípky podstatně silnější světlo, než jaké stačí tyčinkám.
Základ světločivných pigmentů tvoří bílkovinné molekuly opsinů. Početný mezinárodní tým pod vedením Zuzany Musilové z Přírodovědecké fakulty Univerzity Karlovy v Praze a Waltera Salzburgera ze Zoologického ústavu na univerzitě v Basileji nyní publikoval v prestižním vědeckém týdeníku Science studii popisující důmyslnou opsinovou genetickou výbavu, díky které může oko některých hlubinných ryb sledovat temný svět kolem
sebe v pestrých barvách i za kritického nedostatku světla.
„Tento objev otřásl dogmaty o vidění v mořských hlubinách,“říká v komentáři pro Science o studii Musilové a spol. americká bioložka Megan Porterová z Havajské univerzity v Honolulu.
Genetické rekordy
Do hloubek kolem jednoho kilometru už neproniká prakticky žádný sluneční svit. Jedněmi z mála zdrojů světla tu jsou chabě svítící korýši, hlavonožci, ryby a v neposlední řadě i bakterie. Někteří obyvatelé hlubin září do okolí modře, jiní zeleně a třeba ryby pestrosvítivce vybavila příroda červenými světly. Oči většiny tvorů žijících na slunci by tuhle chabou podmořskou hru barev ani neznamenaly. Jak jsou k jejímu vnímání uzpůsobeny hlubinné ryby?
Při hledání odpovědi prověřil tým vedený Zuzanou Musilovou dědičnou informaci více než stovky druhů ryb. Zahrnuli mezi ně i sedm druhů hlubinných ryb, jejich dědičnou informaci už genetici přečetli. Člověk a s ním většina obratlovců má v dědičné informaci jeden gen RH1 pro opsin určený k černobílému vidění za nedostatku světla. Většina prověřených ryb měla v genomu jeden nebo dva geny RH1 a v tomto ohledu nijak nevybočily z obvyklých poměrů panující mezi obratlovci. Šokující odhalení přinesl pohled do dědičné informace kvartetu hlubinných ryb.
Třiceticentimetrová stuhovka mořská z hlubin tropických a subtropických oceánů má v dědičné informaci hned pětici genů RH1. Dalekohledům podobné oči drobné rybky lampovníka severského sledují tmu v hlubinách severního Atlantiku okem se sítnicí vybavenou šesticí genů RH1. A ryba beztrnovka dlouhoploutvá jich má osmnáct a beztrnovka stříbřitá dokonce osmatřicet.
Zdaleka ne všechny geny se v oku hlubinných ryb probouzejí k činnosti. Lampovník udržuje v provozu tři geny RH1. Beztrnovka stříbřitá probouzí k činnosti sedm genů RH1 v době, kdy jako larva žije v mělkých vodách s dostatkem světla, a dokonce čtrnáct genů RH1 aktivuje, když se v dospělosti přestěhuje do temnot mořských hlubin.
Obratlovci, kteří používají k barevnému vidění čípky, bývají vybaveni obvykle třemi až čtyřmi opsiny pro zachycení barev o různé vlnové délce. Ptáci jsou tak vybaveni i k tomu, aby viděli ultrafialové záření. Výbava opsiny v tyčinkách sítnice hlubinných ryb by proto měla být pro odlišení barev více než dostatečná.
Co je vidět potmě
Ověření citlivosti oka hlubinných ryb na různé barvy je komplikované. Tito tvorové jsou adaptovaní na vysoké tlaky velkých hloubek a pokles tlaku po vytažení na hladinu je zabije. Nelze je tedy zkoumat v laboratořích. Vědci proto syntetizovali opsiny podle čtyř genů beztrnovky stříbřité a zkompletovali z nich světločivné pigmenty, jaké mají ryby na sítnici oka v tyčinkách.
Měřením odezvy těchto pigmentů na světlo různých vlnových délek pak odhalili, že beztrnovka je s to odlišit různé barevné odstíny. Vidí modrozelenou barvu zbytků slunečních paprsků, jež k nim ještě pronikají. Zároveň má oko uzpůsobené i pro vnímání bioluminiscence, kterou v hlubinách vyzařují nejrůznější tvorové.
Barevný zrak pomáhá rybám při pátrání po kořisti, varuje je před nepřáteli a usnadňuje jim hledání partnerů. Citlivost oka jim zvyšuje i zvláštní anatomická stavba sítnice. Tyčinky s různými opsiny mají uspořádány do silných vrstev připravených zachytit každý foton vzácného světla.
Jak vyplývá z publikované studie, hlubinné ryby se přizpůsobily k vidění ve tmě zmnožením genu RH1 během evoluce hned několikrát. Zároveň ztratily geny, které jiným obratlovcům dovolují vnímat barvy prostřednictvím čípků.
Souvisí to zřejmě s tím, že „barevné“opsiny vytvářené v čípcích reagují jen na silné světlo a toho se v hlubinách zoufale neodstává. Často tak přišly hlubinné ryby o geny pro opsiny reagující na červenou barvu. Ta se totiž vytrácí ze slunečních paprsků procházejících vodním sloupcem jako první. Přechod na vnímání barev opsiny vytvářenými podle různých variant zmoženého genu RH1 má tu výhodu, že umožňuje oku vidět i za velmi slabého svitu.
Autor je spolupracovníkem redakce