Глаза эволюции: раскрыто древнее происхождение клеток сетчатки

Позвоночные очень различаются между собой количеством клеток, из которых состоит сетчатка глаз, однако у очень многих такие клетки — общего происхождения.


Доцент кафедры химической и биомолекулярной инженерии Картик Шекхар и его коллеги из Калифорнийского университета в Беркли для своего исследования собрали образцы глаз 17 биологических видов, включая людей. Так, органы зрения коров и свиней они добывали у мясников Бостона. Изученные образцы в итоге поведали об эволюции сетчатки позвоночных. Но у научной работы также был вектор в будущее — это вопрос борьбы с глазными заболеваниями человека.

Сетчатка состоит из клеток различного назначения, которые совместно, как некий специализированный биологический компьютер, обрабатывают визуальную информацию для последующей отправки в головной мозг. Сравнительный анализ ещё в ходе предшествующего исследования, проведённого Картиком Шекхаром, показал, например, что в сетчатке у мышей — 130 типов клеток, отличающихся друг от друга на молекулярном уровне. И ещё тогда учёные сделали вывод, что у большинства типов клеток в глазах — древняя и удивительная история эволюции.

Читаемая «летопись» в глазах позволила сделать вывод, что 200 млн лет назад существовал единый предок всех млекопитающих. И что сетчатка, теоретически, уже тогда по сложности была сопоставима с сетчаткой современных млекопитающих. Более того, найдены признаки, которые позволяют проследить эволюцию глаз даже на 400 млн лет назад, до некоего общего предка позвоночных, а это и млекопитающие, и рептилии, и птицы, и даже челюстные рыбы.

Иными словами, сетчатка позвоночных, тех же мышей и людей, удивительным образом прослеживается со времён возникновения челюстных позвоночных более 400 млн лет тому назад. На инфографике ниже — сходство между клетками сетчатки человека и мыши, включая и активные, и уже не работающие нервные клетки (нейроны) в глазах, так называемые ганглионарные клетки сетчатки.



Результаты научной работы оказались неожиданными, так как зрение позвоночных весьма отличается в зависимости от вида. Так, рыбам нужно видеть под водой, мыши и кошки нуждаются в достаточном ночном зрении, а обезьянам и людям понадобилось развить острое дневное зрение, чтобы охотиться и собирать пищу. Одни животные способны видеть яркие цвета, а другим хватает и чёрно-белого восприятия.

И вместе с тем многочисленные и разнообразные типы клеток оказались общими для различных позвоночных. Этот факт позволил учёным предположить, что экспрессия генов, которая приводит к появлению разных типов клеток в органах зрения, стартовала от общего предка челюстных позвоночных.

В частности, обнаружили, что один тип клеток (упомянутые в связи со второй иллюстрацией «карликовые» ганглионарные клетки сетчатки, отвечающие за нашу способность видеть подробности и маленькие предметы) свойственны не только обезьянам и людям, как считалось прежде. В этом помог анализ множества данных об экспрессии генов, для чего применили статистику. Учёные открыли эволюционные аналоги «карликовых» клеток у всех прочих млекопитающих, хотя и встречаются они от вида к виду в куда меньших соотношениях.

Шекхар прокомментировал, что якобы свойственное приматам отказалось в животном мире вовсе не уникальным. А ещё, вполне вероятно, древняя сетчатка позвоночных уже давным-давно была очень изощрённо устроена, а по мере развития видов перечень составляющих расширялся, менял специализацию или обновлялся.

Количество изученных типов клеток сетчатки у позвоночных сильно различается, и происхождение этих разнообразных типов клеток оставалось загадкой. Любопытно, что у людей примерно 70 типов глазных клеток, а у мышей таковых аж 130. По словам Шекхара, очередное исследование дало такое объяснение сравнительной клеточной «бедности» у человека: по мере усложнения мозга приматы постепенно начали всё меньше полагаться на обработку сигналов в глазу и всё больше — на анализ в зрительной коре головного мозга. Проще говоря, умнея, люди всё менее рассчитывали на глаза, и всё более — на интерпретацию мира мозгом. (Поневоле на ум приходит предположение, что у мышей, пропорционально, по тем же причинам куда реже случаются галлюцинации).

Новая уточнённая карта типов клеток в сетчатке различных позвоночных рассматривается как шанс продвинуться в борьбе с заболеваниями глаз. Вот почему научный коллектив Шекхара изучает также молекулярную природу глаукомы, второй в списке причин слепоты наряду с такой болезнью, как возрастная дегенерация жёлтого пятна. Под пристальным вниманием — как раз «карликовые» ганглионарные клетки сетчатки. Они составляют всего 2–4% всех ганглионарных клеток у мышей, в то время как у человека 90% ганглионарных клеток сетчатки являются «карликовыми». То есть, именно этот тип клеток может быть основным виновником глаукомы, но именно в них также следует искать пути к лечению.