Завдяки всього одній молекулі люди бачать більше на мільйон кольорів, ніж домашні улюбленці

Досить важко уявити світ очима інших людей, особливо різних тварин. Але нове дослідження з використанням лабораторно вирощених людських сітківок показує, що навіть між різними людьми наше бачення надзвичайно різноманітне.

І це може бути пов’язано з тим, як формуються червоні та зелені колбочки в нашій сітківці. Колбочки – це світлочутливі клітини в очах хребетних тварин; їхня комбінована реакція на різні довжини хвиль забезпечує кольоровий зір.

Люди та деякі близькоспоріднені примати – одні з єдиних відомих ссавців, які можуть бачити червоний колір, а також зелений і синій.

Інші тварини також можуть бачити червоний колір, наприклад, багато птахів і деякі комахи. Тип зору тварин тісно пов’язаний з їхньою еволюцією разом з рослинами, які виробляють плоди та квіти. Ця здатність була дуже корисною, наприклад, для того, щоб помітити стигле червоне яблуко серед густої зелені.

Ще одним ссавцем, здатним бачити червоний колір, є медовий опосум (Tarsipes rostratus). Цей австралійський сумчастий запилювач має схожу на пташину здатність видобувати нектар з червоної банкії, що є захоплюючим прикладом конвергентної еволюції.

Наші червоні та зелені колбочки в основному ідентичні, з дещо різним хімічним складом, який визначає, який колір вони розпізнають. Білок під назвою опсин має два різних “смаки” – чутливий до червоного і чутливий до зеленого, і їхні генетичні “рецепти” містяться в Х-хромосомі.

Тому їм дуже легко переплутатися в процесі рекомбінації, що призводить до різних варіантів вродженої червоно-зеленої дальтонізму.

Сітківка ока, вирощена в лабораторії, позначена блакитним кольором, а зелені/червоні колбочки – зеленим. Клітини, які називаються паличками, що допомагають оку бачити в умовах низької освітленості або темряви, позначені пурпуровим кольором. (Сара Хадиняк/Університет Джона Гопкінса)

Нові дослідження проливають світло на те, якими насправді є ці ключові компоненти, що визначають зір, адже різниця між генами, які кодують ці білки, становить лише 4 відсотки.

Раніше ми вважали, що визначення колбочок є в основному випадковим, хоча останні дослідження вказують на те, що рівень щитовидної залози відіграє певну роль.

Але команда з Університету Джона Хопкінса та Університету Вашингтона виявила, що рівень молекули, похідної вітаміну А, яка називається ретиноєвою кислотою, впливає на співвідношення червоно-зелених колбочок, принаймні, у випадку з їхніми сітківками, вирощеними в лабораторії.

“Ці органоїди сітківки дозволили нам вперше вивчити цю дуже специфічну для людини рису, – каже біолог розвитку Роберт Джонстон з Університету Джона Хопкінса. “Це величезне питання про те, що робить нас людьми, що відрізняє нас від інших”.

У лабораторних умовах сітківки, що зазнали впливу більшої кількості ретиноєвої кислоти на початку розвитку (перші 60 днів), призвели до вищого співвідношення зелених колбочок в органоїді через 200 днів, тоді як незрілі колбочки, що зазнали впливу низького рівня кислоти, згодом перетворилися на червоні колбочки.

Час також має значення. Якщо ретиноєву кислоту вводили на 130 день, ефект був такий самий, як якщо б її взагалі не додавали. Це свідчить про те, що кислота визначає тип колбочок на ранніх стадіях і не може спричинити “перемикання” червоних колбочок на зелені, які вже дозріли.

Всі вирощені в лабораторії сітківки мали однакову щільність колбочок, що дозволило команді виключити загибель колбочкових клітин як фактор, що впливає на співвідношення червоного і зеленого кольорів.

Біолог розвитку Сара Хадиняк, яка була співавтором дослідження в Університеті Джона Хопкінса, каже, що їхні висновки мають значення для з’ясування того, як саме ретиноєва кислота діє на гени.

Щоб зрозуміти, наскільки сильно це може впливати на людський зір, дослідники вивчили сітківки 738 дорослих чоловіків без ознак дефіциту кольорового зору.

Дослідники були вражені природною варіацією співвідношення червоних і зелених колбочок у цій групі.

“Побачити, як змінюються пропорції зелених і червоних колбочок у людей, було одним з найдивовижніших результатів нового дослідження”, – каже Гадиняк.

Незрозуміло, як така велика варіація могла відбутися без впливу на зміни зору. Як сказав Джонстон, “якби ці типи клітин визначали довжину людської руки, то різні співвідношення призвели б до дивовижно різної довжини рук”.