Ученые нашли в глазах приматов и собак "компасы"

Нейрофизиологи из Института исследований мозга Общества Макса Планка, который находится в Германии, обнаружили у полутора десятков видов млекопитающих светочувствительный белок – флавопротеин криптохром 1 (Cry1).

Найденный элемент является веществом, до этого выявленное только в сетчатке глаза птиц, которое, как считается некоторыми исследователями, позволяет им "видеть" линии магнитного поля Земли.

Работа опубликована в журнале Scientific Reports.

Чтобы установить доподлинно присутствие криптохрома 1 в сетчатке каждого из 90 исследованных видов млекопитающих, ученые провели иммуногистохимическое исследование. Данный метод основан на обработке срезов сетчатки маркированными антителами, специфическими к криптохрому 1, который в данной ситуации служил антигеном.

Антитела, использованные в работе, были получены от морских свинок, козлов и кроликов. При наличии в ткани антигена (криптохрома 1) такие антитела маркировали микроскопический образец ткани, другими словами – окрашивали ее в тот или иной цвет.

Выяснилось, что чаще всего криптохром 1 встречался в глазах псовых - таких как волки, собаки или лисы, а также барсуков и медведей.

Среди приматов криптохром достоверно обнаружен только у орангутанов и макак. После обнаружения криптохрома 1 в сетчатке млекопитающих исследователи тщательно изучили местоположение его молекул и пришли к выводу, что у всех изученных видов он концентрировался в районе светочувствительных отростков колбочек S-типа – клеток, особо чувствительных к синему свету.

По мнению авторов работы, этот факт свидетельствует, что криптохром напрямую связан со зрительной "картинкой", воспринимаемой животными.

Известно, что криптохромы способны играть две основные роли в организме: он либо регулирует его суточные ритмы ("биологические часы"), либо связан с магниторецепцией – восприятием магнитного поля. Но в своей первой роли криптохром 1 работает лишь в том случае, если он расположен близко к ядру клетки - на ее периферии он способен функционировать только как магниторецептор.

Механизм работы магниторецепторов основан на том, что в криптохроме под действием падающих фотонов синей части спектра образуется пара свободных радикалов, чей спин (момент вращения частицы) скорреллирован, то есть при изменении спина одного радикала сходно меняется и спин у второй частицы.

Если пара радикалов лежит перпендикулярно линиям магнитного поля, оно оказывает воздействие на спин и быстро разрушает корреляцию между частицами. При этом активация и деактивация криптохрома 1 влияет на чувствительность нейронов сетчатки к свету, что, предположительно, позволяет животным буквально "видеть" магнитное поле, тем самым давая им надежный "компас" для ориентировки в пространстве.

Поскольку криптохром 1 активируется только на сильном свету, он помогает ориентироваться по магнитному полю лишь тем животным, которые ведут надземный образ жизни, в первую очередь – птицам.

Ряд грызунов, редко выходящих на поверхность, используют для ориентации по магнитному полю крохотные кристаллики магнетита, расположенного в нервных клетках животных. У человека белки криптохрома 1 в сетчатке глаза отсутствуют, зато есть криптохром второго типа. Его функции на данный момент не до конца ясны и ряд исследователей скорее относят его к одному из возможных механизмов "биологических часов".

Хотя в 2011 году ученые из Медицинской школы Массачусетского университета (США) провели серию опытов, в которых доказали, что человеческий криптохром 2 может заменять мухе-дрозофиле криптохром первого типа и обеспечивать ориентацию по магнитному полю Земли. На данный момент отсутствуют какие-либо достоверные сведения о наличии таких же способностей у человека.