Сетчатка птиц организована сложнее человеческой

Текст: Надежда Маркина/Infox.ru

Птицы превзошли млекопитающих не только в способности к полету, но и в некоторых других качествах. У них не просто тетрахроматное зрение (против нашего трихроматного), но и сетчатка организована на порядок сложнее, чем у млекопитающих.

Сетчатку глаза цыпленка изучала команда исследователей из университета Вашингтона в Сент-Луисе (Washington University School of Medicine in St. Louis). Оказалось, у цыплят, как и у других дневных птиц, она очень сложно устроена и строго пространственно организована.

Профессор Джозеф Корбо (Joseph C. Corbo) с коллегами подробно рассмотрел строение фоторецепторного слоя глаза у 28 15-дневных цыплят. Из их сетчатки по сложной методике изготавливали препарат, удобный для изучения под флуоресцентным микроскопом.

Зачем цыпленку шесть колбочек

Палочки и колбочкиПалочки – клетки-фоторецепторы сетчатки, преобразующие свет в нервный импульс. Содержат пигмент родопсин. Колбочки -- клетки-фоторецепторы сетчатки, содержащие пигмент йодопсин, который состоит из некоторых зрительных пигментов. На сегодня известны пигмент хлоролаб (чувствительный к желто-зеленой области спектра) и эритролаб (чувствительный к желто-красной части спектра).

У цыпленка, как и у других дневных видов птиц, фоторецепторные клетки сетчатки делятся на привычные нам палочки и колбочки. Только если палочек у них один вид, как и у нас, то колбочек целых шесть. Четыре вида колбочек, максимально чувствительных к фиолетовому, синему, зеленому и красному цветам спектра, обеспечивают птицам тетрахроматическое цветное зрение. Остальные два вида соединены вместе и функционируют как единый фоторецептор. Они называются двойными колбочками, и их роль состоит в восприятии не цвета, а движущегося объекта.

Как пространственно устроена сетчатка птиц, до сих пор никто не исследовал. В определении типа колбочек ученые ориентировались на особое для птиц образование – липидную каплю в верхней части колбочки. Липидная капля окрашена, так как содержит пигменты, причем ее цвет соответствует длине волны флуоресценции колбочки при освещении тем или иным светом. Синие колбочки флуоресцируют при ультрафиолетовом освещении, зеленые и двойные – при синем, красные – при зеленом.

Чтобы увидеть взаимное расположение колбочек, сетчатку освещали светом разных длин волн. Получив несколько картинок флуоресценции колбочек, исследователи в программе Photoshop накладывали их друг на друга и получали картинки пространственного распределения колбочек разных цветов.

Глаз птицы построен по строгому дизайну

Прежде всего исследователи выяснил, что количество колбочек разных цветов различно. Больше всего в ней двойных колбочек (40,7%), затем зеленых (21,1%), красных (17,1%), синих (12,6%) и фиолетовых (8,5%). Они между собой, конечно, перемешаны, но не беспорядочно: колбочки каждого цвета образуют независимо от других сложную и строго организованную мозаику. Причем колбочка каждого цвета окружена только рецепторами других цветов, но не своего. А распределение расстояний между соседними колбочками одного цвета описывается кривой Гаусса. Такой тип распределения носит название мозаичной диаграммы Вороного.

Биологи решили проверить, насколько такая пространственная организация сетчатки для птиц универсальна. Для этого они изучили ее у трех других видов: пушистого дятла, домового воробья и голубя. И обнаружили, что сетчатка у них устроена по тому же принципу и так же регулярно, как и у цыпленка. Это подтвердили вычисленные коэффициенты регулярности, которые оказались сходными у всех видов.

По-видимому, такой дизайн сетчатки обеспечивает необходимое взаимодействие между клетками-фоторецепторами, чтобы создавать зрительный образ. Точность этого образа очень важна для дневных птиц, которые в своей жизни ориентированы на зрение.

«В том, что касается цветного зрения, птицы явно превосходят нас, -- говорит Джозеф Корбо. – Такой сложной пространственной организации цветных фоторецепторов нет ни у одного млекопитающего».

Почему они видят лучше нас

Цветовое зрениеСпособность глаза животных с дневной активностью различать цвета, то есть отличия в спектральном составе видимых излучений и в окраске предметов. Обеспечивается совместной работой нескольких фоторецепторов сетчатки (колбочек) разных типов, отличающихся спектральной чувствительностью. Она определяется спектром поглощения зрительных пигментов. В зависимости от количества типов колбочек с разным спектром поглощения зрительных пигментов среди дневных животных есть дихроматы, трихроматы (в том числе приматы и человек), тетрахроматы.

Эволюция птиц и эволюция млекопитающих шла разными путями. Первые млекопитающие из-за господства на суше огромных динозавров долгое время были вынуждены вести незаметный ночной образ жизни. По этой причине их зрительный аппарат сильно редуцировался: они утратили многообразие колбочек. Современные млекопитающие используют два вида колбочек -- они дихроматы, за исключением приматов, которые самостоятельно приобрели трихроматизм. Кстати, трихроматное зрение есть даже у некоторых рыб.

Что же касается птиц, они в эволюции никогда не попадали в ситуацию, когда цветное зрение оказывалось бы избыточным. Так что, по-видимому, сложная организация их колбочек – результат направленного отбора на улучшение цветового восприятия: птицы стали тетрахроматами. В данном случае речь идет о дневных птицах – сетчатка сов и других полуночников требует специального исследования.

О том, что цветной мир цыпленка богаче нашего, можно прочитать в открытом доступе в журнале PLOS ONE.