Vedci odhalili tajomstvo, ako vidia ryby vo večnej tme

Tvory žijúce vo večných temnotách zhusta pripraví evolúcia o zrak. Populácie, ktoré sa dostali do jaskynných systémov, kam nepreniká slnečné svetlo, sú slepé. Oči im nechýbajú. Ryby žijúce v niekoľkokilometrových hĺbkach však majú oči vyvinuté dobre, aj keď aj ony žijú vo večnej tme, kam zo slnečného svitu preniká len nepatrný zvyšok.

Oko stavovcov vrátane rýb má sietnicu osadenú dvoma typmi buniek. Tyčinky sú vybavené pigmentom reagujúcim na veľmi slabé žiarenie. Vďaka tomu vidíme aj za šera, ale iba čiernobielo. Za farebné videnie vďačíme bunkám sietnice označovaným ako čapíky s pigmentami reagujúcimi na modrú, zelenú a červenú farbu. K tomu však potrebujú čapíky podstatne silnejšie svetlo, než aké stačia tyčinkám.

Základ svetlocitlivých pigmentov tvorí bielkovinové molekuly opsínom. Početný medzinárodný tím pod vedením Zuzany Musilovej z Prírodovedeckej fakulty Univerzity Karlovej v Prahe a Waltera Salzburgera zo zoologického ústavu na univerzite v Bazileji teraz publikoval v prestížnom vedeckom týždenníku Science štúdiu popisujúcu dômyselnú genetickú výbavu, vďaka ktorej môže oko niektorých hlbinných rýb sledovať temný svet okolo seba v pestrých farbách aj za kritického nedostatku svetla, uvádzajú Lidovky.cz.

"Tento objav otriasol dogmami o videní v morských hlbinách," hovorí v komentári pre Science o štúdiu Musilová a spol. americká biologička Megan Porterová z Havajskej univerzity v Honolulu.

Genetické rekordy
Do hĺbok okolo jedného kilometra už nepreniká prakticky žiadny slnečný svit. Jednými z mála zdrojov svetla tu sú chabo svietiace kôrovce, hlavonožce, ryby a v neposlednom rade aj baktérie. Niektorí obyvatelia hlbín svietia do okolia modro, iní zeleno a niektoré ryby vybavila príroda červenými svetlami. Oči väčšiny tvorov žijúcich na slnku by túto chabú podmorskú hru farieb ani neznamenali. Ako sú k jej vnímaniu uspôsobené hlbinné ryby?

Pri hľadaní odpovede preveril tím vedený Zuzanou Musilovou dedičnú informáciu viac ako stovky druhov rýb. Zahrnuli medzi ne aj sedem druhov hlbokomorských rýb, ich dedičnú informáciu už genetici prečítali. Človek a s ním väčšina stavovcov má v dedičnej informácii jeden gén RH1 pre opsín určený na čiernobiele videnie za nedostatku svetla. Väčšina preverených rýb mala v genóme jeden alebo dva gény RH1 a v tomto ohľade nijako nevybočili z obvyklých pomerov panujúcich medzi stavovcami. Šokujúce odhalenie priniesol pohľad do dedičnej informácie kvarteta hlbinných rýb.

Tridsaťcentimetrová Stylephorus chordatus z hlbín tropických a subtropických oceánov má v dedičnej informácii hneď päticu génov RH1. Ďalekohľadom podobné oči drobnej rybky Benthosema glaciale sledujú tmu v hlbinách severného Atlantiku okom sa sietnicou vybavenou šesticou génov RH1. A ryba Diretmoides pauciradiatus ich má osemnásť a Diretmus argenteus dokonca tridsaťosem.

Zďaleka nie všetky gény sa v oku hlbokomorských rýb prebúdzajú k činnosti. Benthosema glaciale udržiava v prevádzke tri gény RH1. Diretmus argenteus prebúdza k činnosti sedem génov RH1 v čase, keď ako larva žije v plytkých vodách s dostatkom svetla, a dokonca štrnásť génov RH1 aktivuje, keď sa v dospelosti presťahuje do temnôt morských hlbín.

Stavovce, ktorí používajú k farebnému videniu čapíky, bývajú vybavení zvyčajne tromi až štyrmi opsínom pre zachytenie farieb o rôznej vlnovej dĺžke. Vtáky sú tak vybavení aj k tomu, aby videli ultrafialové žiarenie. Výbava opsínom v tyčinkách sietnice hlbokomorských rýb by preto mala byť pre odlíšenie farieb viac ako dostatočná.

Čo je vidieť potme
Overenie citlivosti oka hlbinných rýb na rôzne farby je komplikované. Tieto tvory sú adaptované na vysoké tlaky veľkých hĺbok a pokles tlaku po vytiahnutí na hladinu ich zabije. Nemožno ich teda skúmať v laboratóriách. Vedci preto syntetizovali opsíny podľa štyroch génov Diretmus argenteus a skompletizovali z nich svetlocitlivé pigmenty, aké majú ryby na sietnici oka v tyčinkách.

Meraním odozvy týchto pigmentov na svetlo rôznych vlnových dĺžok potom odhalili, že Diretmus argenteus je schopná odlíšiť rôzne farebné odtiene. Vidí modrozelenú farbu zvyškov slnečných lúčov, ktoré k nim ešte prenikajú. Zároveň má oko prispôsobené aj pre vnímanie bioluminiscencie, ktorú v hlbinách vyžarujú najrôznejšie tvory.

Farebný zrak pomáha rybám pri pátraní po koristi, varuje ich pred nepriateľmi a uľahčuje im hľadanie partnerov. Citlivosť oka im zvyšuje aj zvláštne anatomická stavba sietnice. Tyčinky s rôznymi opsínom majú usporiadané do silných vrstiev pripravených zachytiť každý fotón vzácneho svetla.

Ako vyplýva z publikovanej štúdie, hlbinné ryby sa prispôsobili k videniu v tme zmnožením génu RH1 počas evolúcie hneď niekoľkokrát. Zároveň stratili gény, ktoré iným stavovcom dovoľujú vnímať farby prostredníctvom čapíkov.

Súvisí to zrejme s tým, že "farebné" opsíny vytvárané v čapíkoch reagujú len na silné svetlo a toho sa v hlbinách zúfalo nedostáva. Často tak prišli hlbinné ryby o gény pre opsíny reagujúce na červenú farbu. Tá sa totiž vytráca zo slnečných lúčov prechádzajúcich vodným stĺpcom ako prvá. Prechod na vnímanie farieb opsínmi vytváranými podľa rôznych variantov zmoženého génu RH1 má tú výhodu, že umožňuje oku vidieť aj za veľmi slabého svitu.