Raport

Epidemia koronawirusa

Barwy ochronne: głowonogi robią kamuflaż za pomocą maszyny molekularnej

Kałamarnice są również wyposażone w leukofory, które kontrolują odbicie białego światła (fot. Shutterstock/ Andrea Izzotti)

Głowonogi to dziwolągi. Badając opalizujące kalmary, którymi normalni Kalifornijczycy się objadają, uczeni z Uniwersytetu w Santa Barbara odkryli, jak to jest, że potrafią one natychmiast zmienić kolor, by stopić się z tłem lub porozumieć się z koleżanką.

Te same geny u ośmiornicy „robią” soczewkę oka, u nas – kończyny

Najprościej rzecz ująwszy ewolucja działa na dwóch genetycznych zasadach, czy inaczej rzekłszy wg dwóch modeli. Jeden dało by się określić jako...

zobacz więcej

O głowonogach, czyli ośmiornicach i dziesięciornicach (kałamarnicach/kalmarach i mątwach), nauka mówi ostatnio wiele i coraz ciekawsze rzeczy, bo to – jak przyznają sami badacze – istoty swymi możliwościami niemal jakby z kosmosu.

We wszystkich zakresach: psychologiczno-kognitywnym (czyli czegoż to one nie potrafią się nauczyć i jak się komunikują), anatomiczno-neurologicznym (jakby mało bolała głowa z jednym mózgiem, ośmiornice mają mózgów dziewięć) czy rozwojowo-ewolucyjnym. W tym ostatnim aspekcie hitem są ich cudowne oczy, analogiczne, ale nie pokrewne naszym, czy wykorzystanie genów, od którym wszystkim innym stworzeniom rosną kończyny (tzw. WNT) do budowania właśnie owego oka, a nie np. ramion.

Nie mniej wyjątkowa jest genetyka ośmiornic, gdzie, jak odkrył już kilka lat temu Joshua Rosenthal, przy przepisywaniu DNA na RNA (więc ostatecznie białka) korzystają one niezwykle intensywnie z tzw. edytowania RNA. To tak, jak by nie było ważne, co im tam w genach siedzi, tylko jak to w danym momencie jest (lub może powinno być) odczytywane.

Kałamarnice są natomiast znane i z tego, że za pomocą zmiany wyglądu ciała – często dość gwałtownej – potrafią się ze sobą komunikować oraz schować, dosłownie wtopić w tło w momencie zagrożenia. Dziś uczeni z pod kierunkiem Daniela E. Morse’a z Wydziału Biologii Molekularnej, Komórkowej i Rozwoju Uniwersytetu Kalifornijskiego w Santa Barbara pokusili się o wyjaśnienie, jak działa ten cud.

Zdolności mimikry głowonogów są wysokie, dotyczą tak ubarwienia, jak i tekstury czy kształtu. Uczeni z Santa Barbara zapisali się już wcześniej na tym badawczym szlaku, odkrywając u kałamarnicy białka zwane refleksynami, które wypełniają specjalne komórki barwne, zwane irydocytami.

Wrocławskie zoo otworzyło motylarnię

Wrocławskie zoo otworzyło motylarnię. W jednym z pomieszczeń terrarium można stanąć oko w oko z tymi niezwykłymi owadami. „Wystrój Terrarium...

zobacz więcej

Co ciekawe, nieco podobnie „malują się” skrzydła motyli, co eksperymentalnie wykazali na łamach czasopisma „PNAS” dwa lata temu uczeni pod kierunkiem Arnaud Martin i Roberta D. Reeda.

Okazuje się, że aby skrzydła 150 tys. gatunków żyjących na naszej planecie motyli były tak rozmaicie wzorzyste i barwne, potrzeba tylko dwóch genów. Jeden koduje „konturówkę”, która maluje wzory, a drugi odpowiada za pigmentację, czyli sprawia, że motyle skrzydła są barwne.

Ten drugi gen odpowiada także za iryzację, czyli „utęczowienie”. Można to zjawisko zobaczyć np. na powierzchni baniek mydlanych czy plam benzyny na mokrym asfalcie albo we wnętrzu muszli perłowych.

Iryzacja powstaje dzięki interferencji światła odbitego od przezroczystych ciał złożonych z warstw substancji o odmiennych własnościach optycznych. Drobniutkie łuseczki pokrywające skrzydła motyli dają szansę na odbicie i rozproszenie światła oraz iryzację. To pozwala im mienić się różnymi kolorami w zależności od kąta, pod jakim na nie patrzymy.

Owady mogą wyginąć w ciągu najbliższego stulecia. „Nadejdzie katastrofa”

Owadzi ekosystem jest coraz bardziej zagrożony. W ciągu najbliższych kilku dekad z powierzchni Ziemi zniknąć może nawet 40 proc. wszystkich owadów,...

zobacz więcej

Przechodząc od motyli na powrót do nie mniej pięknych kałamarnic, uczeni z Santa Barbara nadal jednak nie mieli pojęcia, w jaki sposób w istocie działają refleksyny. Było jedynie jasne, że nie są po prostu pigmentami, czyli barwnikami.

Tu oczywiście musi się też pojawić refleksja, że kolory to kwestia nie do końca obiektywna, lecz subiektywna – widzimy je, bo tak działa nasze oko i mózg. Nie jest wykluczone, że mózg głowonoga patrząc na głowonoga widzi co innego niż my. No ale na łamach czasopism naukowych możemy opisać tylko to, co sami z tego rozumiemy.

Na łamach „Journal of Biological Chemistry” szef zespołu z Santa Barbara, profesor Morse, powiedział, że nie chodzi jedynie o biologię głowonogów. „Zrozumienie tego mechanizmu pozwoli wejrzeć w precyzyjnie regulowaną kontrolę zmiennych właściwości niejako wyłaniających się, co umożliwi powstanie następnej generacji materiałów syntetycznych inspirowanych biologią” – wyjaśnił.

Zanim to jednak nastąpi, powiem, co udało się ustalić w kwestii kalifornijskiej opalizującej kałamarnicy. Najpierw głowonóg ten okazuje się mieć „magiczną” skórę, gdzie drobne mięśnie manipulują teksturą skóry, a pigmenty i irydocyty wpływają dodatkowo na jej wygląd zewnętrzny.

Owady mogą wyginąć w ciągu najbliższego stulecia. „Nadejdzie katastrofa”

Owadzi ekosystem jest coraz bardziej zagrożony. W ciągu najbliższych kilku dekad z powierzchni Ziemi zniknąć może nawet 40 proc. wszystkich owadów,...

zobacz więcej

Jedna grupa mięśni kontroluje kolor poprzez rozszerzanie i kurczenie się w skórze komórek zawierających worki konkretnego, pojedynczego pigmentu. Za komórkami pigmentowymi znajduje się warstwa opalizujących irydocytów, które – każdy z osobna – odbijają światło pod konkretnym kątem. Są bowiem też, niczym mikropryzmaty, regulowane przez drobne mięśnie. Przyczyniają się one do subtelnych zmian tego podstawowego koloru zwierząt, wynikłego z pigmentu, w całym niemal spektrum światła widzialnego.

Kolor jest zatem zmieniany i precyzyjnie dostrajany. Kałamarnice są również wyposażone w leukofory (to takie organelle wewnątrz komórek barwnych), które kontrolują odbicie białego światła. Łącznie te warstwy komórek zawierających pigment i odbijających światło dają kałamarnicom możliwość kontrolowania jasności, koloru i odcienia skóry w niezwykle szerokim zakresie barw.

Leukofory to bliski irydoforom typ organelli komórkowych odpowiedzialnych za barwność zwierząt. Podobnie jak irydofory, zużywają one krystaliczne zasady azotowe (takie, jakie znajdziemy także np. w DNA, najczęściej guaninę), by odbijać światło.

Te kryształki tworzą stosiki, te zaś generują opalizujące barwy dzięki dyfrakcji światła. Leukofory mają kryształki o wyższej organizacji, niż irydofory, co zmniejsza dyfrakcję. Wystawione na działanie światła białego, tworzą biały połysk. Irydofory tworzą zatem barwy opalizujące, metaliczne, podczas gdy leukofory powodują odblaskową biel.

Króliki lubią jedzenie bogate w DNA

Mając wybór, króliki wolą jeść rośliny o bardziej rozbudowanym genomie, czyli zawierające więcej DNA. Odwrotnie – choćby bezkręgowce. Konsekwencje...

zobacz więcej

Okazało się również, że refleksyny jako takie są białkami zbudowanymi z konkretnych stałych domen przeplatanych łącznikami. Gdy układ nerwowy zastymuluje molekularną maszynerię opisaną powyżej (np. pod wpływem stresu), przekazanie takiego sygnału do wnętrza irydocytów powoduje ostatecznie przemianę chemiczną wspomnianych wyżej łączników refleksyny.

Zostają one ufosforylowane, co zmienia układ tego białka w przestrzeni. Tego uczeni dowiedzieli się, uzyskując mutanty w refleksynie kałamarnicy niezdolne do tej fosforylacji. Ufosforylowane cząsteczki refleksyny kondensują, zwijają się i tworzą ostatecznie regularne sfery. Teraz do pracy mogą już wejść mięśnie i zacząć wystawiać owe „pryzmaty” ku światłu pod różnymi kątami.

To bardzo ciekawe odkrycie, że istotą regulacji jest tu transdukcja sygnału przez neurotransmitery do komórki, owocująca następnie fosforylacją konkretnego białka. Podobnie bowiem dzieje się u kręgowców – np. znanych wszystkim mistrzów kamuflażu, kameleonów. U bezkręgowców – a głowonogi są właśnie nimi – dotychczas taki mechanizm zmiany barwy oparty o akcję hormonów czy neuroprzekaźników nie był opisany.

Aby to wszystko odkryć i opisać uczeni skorzystali z wielu technik, np. mikroskopii sił atomowych, fluorymetrii, dynamicznego rozpraszania światła (DLS), transmisyjnej mikroskopii elektronowej, pomiaru elektronowego dichroizmu kołowego etc. I wszystkie te doprawdy trudne słowa i drogie maszyny robiące „ping”, jak by to ujęli chłopcy z „Latającego Cyrku Monty Pythona”, po to, byśmy zdołali jakoś pojąć, zdawałoby się, oczywistą cechę żywych istot – są barwne i czasem potrafią te barwę zmienić według woli lub konieczności.

źródło:
Zobacz więcej