26.07.2013

Как осьминоги и кальмары управляют собственной окраской

Нейромедиаторы головоногих моллюсков влияют на плотность упаковки белков в мембранных складках клеток кожи, что приводит к изменению толщины и формы этих складок, а в итоге аукается варьированием их оптических свойств.

У животных цвет может зависеть от двух факторов — специальных пигментов или структурных особенностей каких-то макромолекул. С пигментами всё более или менее ясно, что же до структурного цвета, то тут учёные до сих пор думают, как этот способ окраски возникает и регулируется в каждом отдельном случае.

Одни из самых известных мастеров окраски в живой природе — головоногие моллюски, способные на самые невероятные и красочные узоры и произвольно меняющие одну такую картинку на другую. Два года назад зоологи из Калифорнийского университета в Санта-Барбаре (США) выяснили, что управление окраской у головоногих (по крайней мере у кальмара Doryteuthis opalescens) зависит от нейромедиатора ацетилхолина.

Ацетилхолин запускает цепочку реакций, заканчивающихся присоединением фосфатных групп к специальным белкам рефлектинам. Такая модификация регулирует степень конденсации белков молекул, что в итоге обеспечивает перемену окраски.

Исследователи продолжили свои изыскания и с начала года выпустили целых три статьи, посвящённых цветорегуляции у головоногих. В первой, опубликованной в PNAS, Дэниэл Де Мартини, Дэниэл Крогстад и Дэниэл Морзе описывают структурные особенности специальных клеток, иридоцитов, сидящих в коже моллюсков. Структурный цвет, как было сказано, обусловлен физическими параметрами — плотностью, формой и т. д., в том числе на клеточном уровне. У иридоцитов головоногих есть множество мембранных впячиваний, складок, которые образуют что-то вроде фотонного кристалла с возможностью тонкой настройки.

Эксперименты показали, что упоминавшиеся выше белки рефлектины сосредоточены как раз в складках иридоцитов. Причём, когда белковые комплексы начинают уплотняться, изменяется осмотическое давление внутри складок, из-за чего они обретают иную толщину и форму, а это влечёт изменения в их рефлекторных свойствах. Когда ацетилхолин исчезает, мембранные складки снова напитываются водой и набухают — и мы опять видим изменения в окраске. Так, с помощью нейромедиатора меняя толщину мембранных складок, головоногие меняют спектр отражения световых волн.

В другой статье, опубликованной в Journal of the Royal Society Interface, зоологи вместе с коллегами-математиками показывают, что математические уравнения, описывающие оптическую работу фотонного кристалла, вполне годятся и для понимания работы цветных клеток осьминогов и кальмаров.

Наконец, в третьей статье, которая вот-вот появится в Journal of Experimental Biology, авторы сообщают о ещё одном типе цветных клеток у кальмаров. Особенность этих клеток в том, что они с помощью того же самого механизма, посредством рефлектинов и ацетилхолина, могут из белых превращаться в чёрные и наоборот.

О способности самок некоторых кальмаров перекрашиваться с помощью чёрных и белых полос под самцов и тем самым защищать себя от ненужных домогательств зоологи знали давно, но никто не ожидал, что тут работает тот же самый структурно-биофизический механизм, что и с радужными цветами.

Кирилл Стасевич

Источники:

1. compulenta.computerra.ru