Tým české vědkyně odhalil, že hlubokomořské ryby vidí překvapivě dobře

- Příroda autor: Jan Toman

Otázka zraku patrně vědce nikdy nepřestane fascinovat. Až do teď měli vědci za to, že ryby žijící ve velkých hloubkách nemají zapotřebí investovat do vývoje očí a vnímání barev. Mezinárodní tým vedená Češkou Zuzanou Musilovou z Přírodovědecké fakulty Univerzity Karlovy ale přišel s přelomovým objevem.

Že na dně oceánů není potřeba kvalitní zrak? Omyl. Na ilustračním snímku zástupce Lanternfish (Myctophidae)

Že na dně oceánů není potřeba kvalitní zrak? Omyl. Na ilustračním snímku zástupce Lanternfish (Myctophidae),zdroj: Profimedia.cz

Když celou záležitost trochu zjednodušíme, lidé se mohou chlubit čtyřmi typy zrakových buněk – jednou verzí tyčinek a třemi druhy čípků. Tyčinky nám umožňují rozeznávat černobílé kontrasty a jsou velmi citlivé na světlo. Díky nim vidíme i za šera, zároveň ale kvůli jejich vlastnostem za podobných podmínek nemůžeme rozeznávat barvy. Čípky jsou oproti tomu citlivé na modrou, zelenou, nebo oranžovou barvu. Složením vjemů, které pro náš mozek v sítnici oka tyto buňky zaznamenávají, vidíme za dobrého osvětlení barvy okolního světa.

Stejnou sestavou světločivných buněk se podle nových poznatků mohou chlubit třeba krokodýli. Zdaleka ne všichni živočichové jsou na tom ale stejně. Většina savců má ve svých očích pouze dva typy čípků, zatímco ptáci, ještěři nebo želvy zpravidla čtyři. Podobná zjištění svádí k úvahám, že psi nebo kočky vidí "černobíle", zatímco ptáci vnímají řádově víc barev než lidé. To však není přesné. Rozlišování barevných odstínů totiž nespočívá v tom, jaká buňka světlo dané vlnové délky zachytí, ale spíše v porovnání vjemů ze dvou různých typů čípků. Větší roli při rozeznávání barev tudíž hrají překryvy jednotlivých receptorů.

Světločivné buňky některých živočichů jsou navíc citlivé k ultrafialovému či infračervenému záření, tedy světlu vlnových délek, které jsou pro nás zcela neviditelné. A třeba takoví strašci mají hned 16 typů světločivných buněk, přičemž tito draví korýši dokážou navíc rozlišovat různě polarizované světlo. Jejich zrakové vjemy tak pro nás zůstávají zcela nepopsatelné.

Mimořádný český úspěch

Zrakové systémy ryb jsou oproti savcům nebo ptákům velmi různorodé. Tedy až na jejich hlubokomořské zástupce. Hlubinným rybám by přece sofistikované systémy na rozlišování barev byly k ničemu. V hloubkách, kam prakticky žádné světlo nedosáhne, je nejlepší do vývoje očí vůbec neinvestovat, nebo spíše zvětšit jejich plochu a citlivost. Tak alespoň uvažovali vědci donedávna. Než je vyvedl z omylu mezinárodní tým vedený Zuzanou Musilovou z Přírodovědecké fakulty Univerzity Karlovy.

Objevy biologů pod vedením české vědkyně, které mimochodem mohou čeští uživatelé zhlédnout i ve formě přednášky z Biologických čtvrtků ve Viničné 7, jsou tak významné, že se dostaly na stránky předního vědeckého časopisu Science. Výzkumníci nejprve na základě molekulárně-biologických dat zrekonstruovali části genomu kódující různé opsiny – na světlo citlivé proteiny, které tvoří nejdůležitější součást světločivných buněk. Analyzovali při tom rovných 101 druhů hlubinných ryb.

Prvním překvapením bylo, že genomy hlubokomořských ryb obsahují nejčastěji geny pro sedm různých opsinů. Tedy nikoli méně, ale spíše více než genomy živočichů obývajících prosvětlenější části naší planety. Co se týče čípků, nejčastěji se jejich nové typy vyvinuly modifikací receptoru citlivého ke středním, tj. zeleným, vlnovým délkám. Studované ryby málokdy v očích skutečně používaly více než čtyři různé typy čípků, někteří zástupci ale přinejmenším vytvářeli až sedm typů čípkových opsinů. Opravdu zásadní objevy ale měly teprve přijít.

Specializované tyčinky

Oproti všeobecnému očekávání totiž některé hlubokomořské ryby kódují hned několik verzí genu RH1, tj. opsinu, který tvoří základ na světlo citlivých ale barvy nerozlišujících tyčinek. A kdyby jen to. Mezi třinácti takto podivnými druhy nalezneme i zástupce s pěti, šesti a osmatřiceti (!) geny pro tyčinkové opsiny. Přeborníkem se stal pilonoš beztrnovka stříbřitá (Diretmus argenteus). Pravda, ne všechny tyto geny studované ryby skutečně využívaly. I tak ale podle všeho vytvářejí tři, pět či v případě dospělé beztrnovky hned čtrnáct různých typů tyčinek. Všechny pozměněné tyčinkové opsiny – rodopsiny – přitom podle počítačového modelu vykazují mírně posunutou citlivost ke světlu různých vlnových délek.

Tak vysoké množství různých světločivných receptorů mají už jen vážky a někteří korýši. Fakt, že nové verze rodopsinů vznikly nakopírováním původního genu, a ne jako vedlejší důsledek namnožení celých chromozomů nebo genomů, navíc značí, že musí u ryb hrát nějakou důležitou funkci. To dále podporuje fakt, že beztrnovky mají složitě stavěnou sítnici uzpůsobenou k zachycení co největšího množství slabého světla. Jen těžko lze zapudit myšlenku, že se hlubokomořské ryby naučily vidět barevně s pomocí tyčinek. Jak už to ale u zraku bývá skoro vždycky, situace bude patrně o něco složitější.

Citlivost na bioluminiscenci

Vlnové délky, ke kterým jsou specializované tyčinky studovaných ryb citlivé, totiž odpovídají jak zbytkovému světlu, které do hlubin moří proniká z hladiny, tak bioluminiscenci místních obyvatel. Celá řada organismů, které obývají hluboká moře, totiž za různým účelem a s pomocí různých mechanismů svítí či bliká. Na rozdíl od ubohých a silnou vrstvou vody filtrovaných zbytků denního světla, které by rozlišení barev mohly umožňovat jen velmi omezeně, by přitom přesné rozlišení původců bioluminiscenčních záblesků mohlo pro ryby představovat klíčovou výhodu. Světlo jedné barvy může značit kořist, záblesky jiného odstínu příslušníka stejného druhu, a ještě jiné bioluminiscenční vzory nebezpečného predátora.

Nabízejí se ale i jiné možnosti. Nelze například vyloučit, že ryby "vkládají" do tyčinek hned několik typů opsinů, aby rozšířily světelné spektrum, které tyto buňky budou schopné zachytit. To by rozšiřovalo původní funkci tyčinek a mohlo rybám přinášet velké výhody za nízkého osvětlení. Ke zlepšení citlivosti bez rozšíření barevného vjemu by ostatně mohla sloužit i samotná přítomnost různých typů tyčinek.

V neposlední řadě by se různé typy tyčinek mohly z nějakého dosud neobjeveného důvodu rozvíjet v závislosti na stáří ryby, nebo v různých částech oka. Ze světelného hlediska jsou koneckonců hlubiny tak extrémní, že zatím nemůžeme zavrhnout žádnou možnost. V každém případě ale platí, že se pod vahou nových důkazů bortí jak staré představy o tom, co je z hlediska zraku výhodné za nízkých hladin osvětlení, tak o tom, jaká je role čípků a tyčinek v oku obratlovců.

Zdroj: Musilova Z, Cortesi F, Matschiner M, ... & Mountford JK (2019): Vision using multiple distinct rod opsins in deep-sea fishes. Science, 364.

Tagy: ryby česká věda zvířata a příroda věda a poznání vidění a zrak moře a oceány