ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ - Институт биохимической
advertisement
На правах рукописи ДЕМЧУК Юлия Владимировна ЗРИТЕЛЬНЫЕ И ЭКРАНИРУЮЩИЕ ПИГМЕНТЫ CRUSTACEA В АДАПТАЦИИ СПЕКТРАЛЬНОЙ ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ К ОКРУЖАЮЩЕЙ СВЕТОВОЙ СРЕДЕ. 03.01.02 - биофизика АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук Москва – 2011 2 Работа выполнена в Учреждении Российской академии наук Институте биохимической физики им. Н.М. Эмануэля РАН Научный руководитель: доктор биологических наук, Зак Павел Павлович Официальные оппоненты: доктор биологических наук, Каламкаров Григорий Рафаэлевич кандидат биологических наук, Панова Ина Георгиевна Ведущая организация: Учреждение Российской академии наук Институт проблем передачи информации им. А.А. Харкевича РАН. Защита состоится “_27_”__апреля__2011г. в_12_час. на заседании диссертационного Совета Д 002.039.01 в Институте биохимической физики им. Н.М. Эмануэля РАН Адрес: 119334, Москва, ул. Косыгина, 4 С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института химической физики им. Н.Н. Семенова РАН Автореферат разослан «_25_»___марта_____2011 г. Ученый секретарь Диссертационного совета Д 002.039.01 кандидат химических наук Мазалецкая Л.И. 3 АКТУАЛЬНОСТЬ РАБОТЫ. Глаза ракообразных (Класс Crustacea) сформировались в процессе длительной эволюции, хорошо приспособлены к окружающей световой среде обитания и имеют массу отличий от хорошо изученных глаз позвоночных животных (Wald 1968, Goldsmith 1978, Cronin et al. 1988 – 2009). Сопоставление технических решений живой природы в организации зрительного восприятия у разных групп животных представляет общенаучный биологический интерес. Поэтому любые современные молекулярной физиологии исследования в области биофизики и органов чувств этих животных являются актуальными. В данной работе в качестве основного объекта исследований были выбраны массовые крилевые креветки M.relicta, являющиеся индикаторами чистоты водоемов. Креветки M.relicta являются сравнительно молодым видом животных (9 000 лет), широко расселившимся по водоемам Балтийского бассейна, где они играют важную роль в поддержании биоценозов, как начальные звенья пищевых цепей и как животные, обеспечивающие аэрацию и утилизацию придонной биоорганики. Глаза M.relicta обладают высокой адаптивностью к световой среде обитания. Так, зрительные пигменты этих креветок, обитающих в зеленоватой воде Финского залива имеют поглощение в зеленой области спектра (λмакс. 530 нм), в то время как те же креветки, живущие в красно-коричневой воде торфяных озер, обладают зрительными пигментами с поглощением в оранжево-красной области спектра (λмакс. 556 нм). Механизм этих спектральных различий между зрительными пигментами разных популяций M.relicta до настоящего времени был неизвестен. Среди возможных гипотез рассматривались как возникновения генетических различий между зрительными белками, так и различия, основанные на обратимых заменах хромофоров зрительного пигмента: витаминов А1 и А2. При микроспектрофотометрических исследованиях 4 зрительных клеток позвоночных животных для идентификации А1- и А2содержащих пигментов успешно используются математические шаблоны спектров поглощения зрительных пигментов (Govardovskii et al. 2000, Stavenga 2010), которые позволяют по форме спектра определить какой именно из витаминов А является хромофором. При этом вопрос о применимости шаблонов зрительных пигментов позвоночных к зрительным пигментам ракообразных до сих пор оставался открытым. В дополнение к различиям между спектрами поглощения зрительных клеток разных популяций M.relicta, спектральная чувствительность их глаз сдвинута в длинноволновую область по отношению к спектрам поглощения их зрительных пигментов. Так, озерная популяция креветок имеет максимум спектральной чувствительности глаза около 600 нм и максимум спектра поглощения зрительных клеток 556 нм, а балтийская популяция креветок имеет максимум спектральной чувствительности глаза около 575 нм и максимум спектра поглощения зрительных клеток 530 нм (Lindström and Nilsson 1988; Jokela-Maatta et al. 2005). Конкретный механизм этого длинноволнового сдвига до настоящего времени также не был ясен. В целом, диссертационная работа была направлена на выявление механизмов, формирующих различия в спектральной чувствительности глаз креветок M.relicta, обитающих при разных спектральных условиях освещения. Список терминов: Рабдом – фоторецепторная часть зрительной клети ракообразных. Р530 – принятые обозначения зрительных пигментов с обозначением максимума их спектра поглощения в нм. М495 – обозначение метародопсина, продукта обесцвечивания зрительного пигмента. Хромофор – простетическая группа зрительного белка, в виде какого-либо из витаминов А, ответственная за поглощение кванта света. Родопсин – зрительный белок с хромофором витамин А1. Порфиропсин - зрительный белок с хромофором витамин А2. Шаблоны зрительных пигментов – математические функции, позволяющие по форме спектра поглощения зрительного пигмента определять вид хромофора. 5 ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ: Основной целью проведенной работы было определение механизмов спектральной адаптации глаз креветок M.relicta к световой среде обитания. Задачами исследования были: 1. Определить спектры поглощения зрительных и светофильтрующих пигментов в глазах исследованных видов ракообразных и соотнести их с локализацией этих пигментов. 2. Оценить возможности применения математических шаблонов зрительных пигментов позвоночных животных к идентификации хромофоров (витамины А1 и А2) зрительных пигментов исследуемых видов ракообразных. 3. Составить математическое описание спектральной чувствительности глаза M.relicta (Mysida) на основе полученных данных по морфологии глаза и по микроспектрофотометрическим измерениям спектров поглощения зрительных клеток и светофильтрующих пигментов. ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ, ВЫНОСИМЫЕ НА ЗАЩИТУ: 1. Отличия в спектрах поглощения зрительных клеток двух подвидов креветок M.relicta, адаптированных к разным видам световой среды, определяются смесью двух спектральных форм зрительного пигмента в разном процентном соотношении. 2. Спектры поглощения зрительных пигментов исследованных видов ракообразных могут быть описаны тем же математическим аппаратом, что и для позвоночных животных. 3. Длинноволновое положение спектральной чувствительности глаз креветок M.relicta по отношению к спектрам поглощения их зрительных клеток обусловлено предварительной фильтрацией света через светоэкранирующие пигменты, ослабляющие коротковолновый видимый свет. 6 ПРАКТИЧЕСКАЯ ЗНАЧИМОСТЬ РАБОТЫ. Усовершенствованы методы идентификации зрительных пигментов ракообразных при микроспектрофотометрических измерениях зрительных клеток. Разработанные методики используются в исследовательской практике Института биохимической физики им. Н.М. Эмануэля РАН и Департамента биологии окружающей среды Биоцентра Хельсинского Университета. НАУЧНАЯ НОВИЗНА РАБОТЫ. Впервые показано, что зрительные клетки креветок M.relicta могут содержать смесь двух спектральных форм зрительного пигмента. Показано, что спектры поглощения зрительных пигментов исследованных видов ракообразных могут быть описаны тем же математическим аппаратом, что и спектры поглощения позвоночных животных в полосе длин волн от 350 до 900 нм. Показано, что длинноволновое положение спектральной чувствительности глаз креветок M.relicta определяется светофильтрующим пигментом с преимущественным поглощением света в коротковолновой области. АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. V, VI, VII, VIII и IX Международные симпозиумы “VISIONARIUM” Tvärminne Zoological Station, Сентябрь 2006-2010 г.г.; ХХ at Съезд Физиологического общества им. Павлова, Москва, июнь 2007; Международная конференция ИБХФ-РАН вузы, Москва, 8-10 ноября 2007; II Съезд физиологов СНГ, Кишинэу, Молдова, 29-31октября 2008; Международная конференция ИБХФ-РАН вузы, Москва, 9-11 ноября 2009; XXI съезд Физиологического общества им. И.П.Павлова, Калуга, 19-25 сентября 2010; Международная конференция ИБХФ-РАН вузы, Москва, 8-10 ноября 2010; XXV Любищевские чтения «Современные проблемы эволюции», Ульяновск, 5-7 апреля 2011. 7 ПУБЛИКАЦИИ. Основной фактический материал и выводы диссертации отражены в 9 научных публикациях, в том числе в 2-х журналах списка ВАК. СТРУКТУРА И ОБЪЕМ ДИССЕРТАЦИИ. Диссертация состоит из разделов: Введение, Обзор литературы, Материалы и методы исследования, Результаты и обсуждение, состоящие из 4-х глав, Заключения и Выводов. Текст диссертации изложен на 121 странице машинописного текста, иллюстрирован 1 таблицей и 35 рисунками. Библиография включает 104 наименования. СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ. Обзор содержит данные (по 2010 год включительно) по морфологии глаз ракообразных, их зрительным и светофильтрующим пигментам, способам внутриглазной световой фильтрации и механизмам настройки спектральной чувствительности к различным средам обитания. 2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ. Основным объектом исследований были крилевые креветки M.relicta (Mysida), отловленные в водоемах Финляндии на Тварминненской зоологической станции Хельсинского Университета. Основные измерения были проведены в Институте биохимической физики им. Н.М. Эмануэля РАН, часть измерений проведена в Биоцентре Хельсинского Университета. Отработка методик была проведена в Институте биохимической физики им. Н.М. Эмануэля РАН с использованием в качестве (Decapoda) объекта дальневосточных (естественная среда Микроспектрофотометрические пресноводных обитания измерения – о. креветок Ханко, субклеточных L.modestus р. структур Амур). глаза 8 ракообразных выполняли на компьютеризованном микроспектрофотометре конструкции В.И. Говардовского в диапазоне длин волн от 338 до 750 нм, с соответствующими способами приготовления микроспектрофотометрических препаратов (Говардовский, Зуева, 2000). В целом, было зарегистрировано и статистически обработано около 1000 записей спектров одиночных зрительных клеток и около 500 записей спектров внутриглазных светоэкранирующих субклеточных гранул. Анализ формы спектров зрительных клеток проводили путем сравнения с шаблонами А1/А2 зрительных пигментов (Govardovskii et al. 2000, Stavenga 2010). Исследование морфологии глаз животных и определение локализации светофильтрующих экранирующих пигментов проводили методами гистологической световой микроскопии при парафиновой заливке глаза, а также на полутонких 3-мкм срезах с заливкой чувствительности, в эпон. Математические формируемой спектрами расчеты поглощения спектральной зрительных и экранирующих пигментов, проводили исходя из закона Ламберта-Бугера-Берра по формуле: A(d , ) 10 OD2 ( ) (1 10 OD1 ( ) ) где OD1(λ) - оптическая плотность родопсина, OD2(λ) - оптическая плотность экранирующего пигмента. 3. РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ. 3.1. Использование математических шаблонов зрительных пигментов позвоночных для идентификации хромофоров зрительных пигментов исследованных животных при микроспектрофото-метрических измерениях. В микроспектрофотометрических исследованиях зрительных клеток позвоночных А1 и А2 зрительные пигменты легко идентифицируются по сопоставлению их спектров поглощения с соответствующими математическими 9 шаблонами (Govardovskii et al. 2000, Stavenga 2010). В отличие от позвоночных, спектры поглощения зрительных клеток ракообразных могут быть загрязнены неконтролируемой примесью метародопсина (λмакс. 495-500 нм) и технически непригодны для сопоставления с шаблонами зрительных пигментов. В этой связи до настоящего момента применимость шаблонов спектров зрительных пигментов позвоночных к зрительным пигментам ракообразных вызывала серьезные сомнения. Так, Рис.1 по последовательному обесцвечиванию рабдома озерной популяции M.relicta демонстрирует, что спектры темнового и обесцвеченного зрительных пигментов в значительной степени перекрываются, и т.о. форма спектра поглощения рабдома может быть сформирована, в той или иной степени, суммой спектров поглощения родопсина и метародопсина,. Рис.1. Спектры поглощения рабдома озерной популяции M.relicta при обесцвечивании: Темнота - λмакс. 552нм, 1мин неполное обесцвечивание λмакс. 530нм, 3-8мин - полное обесцвечивание - λмакс. 495 нм. В дополнение к этому известно, что в темноте родопсин частично загрязнен метародопсином температурного распада, а сам метародопсин ракообразных на свету частично фоторегенерирует в родопсин. В этих условиях, в отличие от позвоночных, у которых родопсин необратимо обесцвечивается до бесцветного белка опсина и свободного ретиналя, шаблоны зрительных пигментов позвоночных, даже если они и правомерны, становятся технически непригодными для анализа спектра поглощения зрительного 10 пигмента в рабдомах ракообразных. Нам удалось найти методический прием для удаления спектральной примеси метародопсина за пределы видимой области спектра с тем, что в спектрах рабдомов зрительного преимущественно пигмента. дальневосточных Отработка пресноводных присутствует методики креветках спектр была L.modestus, темнового проведена Decapoda. на В дальнейшем аналогичные данные были получены на рабдомах двух популяций креветок M.relicta, Mysida. Так, мы нашли, что при обесцвечивании рабдомов в присутствии гидроксиламина (50мМ, рН 6.3) в регистрируемых спектрах поглощения в видимой области отсутствует обычный спектр метародопсина с λмакс. около 495, однако появляется новый пик поглощения в ультрафиолетовой области 340-375. В соответствии с известными данными, это поглощение скорее всего определяется оксимами витаминов А. Данные таких экспериментов приведены на Рис.2А. Рис.2. Спектры поглощения рабдомов озерной популяции M.relicta. А. 1- темновой спектр в Рингере (pH 7.5) 2- спектр поглощения рабдома при обесцвечивании светом 650нм в растворе Рингера (pH 7.5) 3-спектр поглощения рабдома при обесцвечивании светом 650нм в присутствии гидроксиламина (50мM, pH 6.3). Б. 1 - темновой спектр в Рингере (pH 7.5) 2 - темновой спектр в присутствии гидроксиламина (50мM, pH 6.3) с характерным пиком поглощения в области 350-375 нм. 11 Спектры поглощения темноадаптированных рабдомов, инкубированных в гидроксиламиновой среде, у всех исследованных видов животных имели хорошее совпадение по α-полосе с шаблонами спектров зрительных пигментов позвоночных. Так, спектры поглощения рабдомов креветок L.modestus (Decapoda) имели хорошее соответствие с шаблоном А1-зрительного пигмента позвоночных Р530 нм. При этом, спектры поглощения обесцвеченных рабдомов, с преимущественным содержанием метародопсина М495, также по форме спектра соответствовали шаблону А1-зрительного пигмента. У креветок M.relicta (Mysida) спектры поглощения темноадаптированных рабдомов озерной популяции были близки к шаблону спектра зрительного пигмента А2 Р556, но не к шаблону А1, а спектры поглощения рабдомов балтийской популяции – к шаблону А1 Р530, но не к А2 (Рис.3). В таких «гидроксиламиновых» спектрах присутствовал характерный дополнительный пик с λмакс. 367 нм, образованный производными метародопсина. С большой долей вероятности, можно было предполагать, что α-полоса этих спектров сформирована премущественно темновым зрительным белком. Поэтому мы использовали такие спектры в качестве шаблона для того, чтобы отобрать из наших многочисленных записей (среда без гидроксиламина) спектры поглощения рабдомов с минимальной примесью метародопсина. Пример такого отбора приведен на Рис.2Б, где наложены запись спектра поглощения темноадаптированного рабдома в водной среде и такая же запись в среде с гидроксиламином. Оба этих спектра совпадают по α-полосе. При этом β-полоса спектра, записанный в водной среде, имела нормальную форму. Поэтому, можно было предполагать, что эти спектры поглощения рабдомов, записанные в водной среде, отражают реальную форму спектров зрительных пигментов M.relicta. Как оказалось, спектры такой выборки хорошо соответствовали А1/А2-шаблонам Govardovskii et al. (2000) по всему спектру, т.е. как по α- так и 12 по β-полосе поглощения. На Рис. 3 приведены образцы спектров поглощения рабдомов двух популяций M.relicta в сопоставлении с А1/А2 шаблонами зрительных пигментов позвоночных животных. Рис.3. А - спектр поглощения рабдома балтийской популяции (λ532) близок к А1-шаблону зрительного пигмента (○), но не к А2-шаблону (□). Б - спектр поглощения рабдома озерной популяции (λ556) близок к А2шаблону зрительного пигмента (□), но не к А1-шаблону (○). В целом, результаты этого экспериментального раздела показали, что спектры зрительных пигментов исследованных видов ракообразных (озерная и балтийская популяции M.relicta, Mysida и L.modestus, Decapoda) имеют хорошее соответствие с математическими шаблонами спектров зрительных пигментов позвоночных. Согласно этим данным, можно предполагать, что у балтийской популяции креветок M.relicta основным зрительным пигментом является А1-родопсин с максимумом поглощения 530нм ± 2(σ), а у озерной популяции – А2-порфиропсин с максимумом поглощения 556нм ± 2(σ). Разница в спектрах поглощения рабдомов балтийской и морской популяции составляет 25 нм. Эта разница достаточно характерна для разницы спектров поглощения между родопсинами и порфиропсинами. Согласно 13 полученным данным, зрительный пигмент рабдомов L.modestus является А1содержащим пигментом Р530. Для некоторых ракообразных известны случаи, при которых в одних и тех же зрительных клетках может присутствовать смесь родопсина А1 и порфиропсина А2, что приводит к формированию спектра поглощения рабдома с промежуточным положением максимума и формы спектра. Внимательный просмотр наших записей показал, что среди балтийской популяции креветок M.relicta встречаются особи с максимумом спектра поглощения рабдомов около 540нм, т.е. промежуточным между основной популяцией балтийских (λмакс. 530 нм) и озерных креветок (λмакс. 556 нм ) (Рис.4). Это является косвенным свидетельством в пользу того, что в рабдомах M.relicta может содержаться смесь А1 и А2 хромофоров, а разница в спектрах поглощения рабдомов балтийской и морской популяций определяется разницей в А1/А2 хромофорах. Рис.4. Спектры поглощения темноадаптированных рабдомов M.relicta. левая кривая - балтийская популяция с λмакс. 530нм ± 1,9(σ); средняя кривая - балтийская популяция с λмакс. 540нм ± 2,7(σ); правая кривая - озерная популяция M.relicta с λмакс. 556нм ± 2,5(σ). 14 3.2. Выявление разных форм зрительного пигмента в зрительных клетках M.relicta. Исходя из предположения о том, что в рабдомах M.relicta может присутствовать смесь А1- и А2-пигментов, мы попытались более тщательно проанализировать зарегистрированные нами спектры поглощения рабдомов с помощью шаблонов зрительных пигментов. Как оказалось, наиболее точное приближение шаблонов к реальным записям спектров поглощения оказывается возможным при использовании смесей шаблонов А1 Р530 и А2 Р560 с разными долевыми соотношениями (Рис.5). 15 Как показано на рисунке, для основной популяции балтийских креветок оптимальный фитинг шаблонов к реальным спектрам поглощения осуществляется смесью А1Р530/А2Р560 в соотношении 6:1, для балтийских креветок с λмакс. 540 нм оптимальный фитинг осуществляется соотношением 2:1, для озерной популяции 1:4. Эти теоретические расчеты в значительной мере удалось подкрепить экспериментально. Сопоставление спектров поглощения пигментов Р530 и Р560 показывает, что их смесь может быть разделена путем селективного обесцвечивания длинноволнового пигмента Р560 глубоким красным светом с λ650 нм. В проведенных нами экспериментах с селективным обесцвечиванием предположительного длинноволнового пигмента Р560 было найдено, что спектры поглощения рабдомов озерной популяции M.relicta действительно сформированы смесью коротковолнового и длинноволнового зрительных пигментов. Так, на Рис.6А приведен образец такого эксперимента по селективному обесцвечиванию в среде с гидроксиламином. Как показано на рисунке, исходный темновой спектр рабдома имел максимум поглощения при 556 нм. При освещении рабдома светом с длиной волны 650 нм этот спектр поглощения падал по оптической плотности до фотостационарного состояния и сдвигался в коротковолновую сторону до максимума около 530 нм. Среднестатистическое положение этого максимума равнялось 530 ± 1,8 нм. Спектр с λмакс. около 530 нм, соответствующий первому фотостационарному состоянию, был резистентен к длинноволновому свету 650 нм, однако при освещении более коротковолновым светом 570 нм, наблюдалось полное обесцвечивание зрительного пигмента (Рис.6Б). Существенно, что согласно этим измерениям, соотношение оптических плотностей коротковолнового пигмента к длинноволновому пигменту составляет 1:4, что соответствует предыдущим данным теоретического разложения спектров поглощения 16 рабдомов озерной популяции M.relicta на составляющие с помощью А1/А2 шаблонов зрительных пигментов позвоночных (Рис. 5В). Рис. 6. Обесцвечивание одиночного рабдома озерной популяции M.relicta в присутствии гидроксиламина (50мМ, pH 6.3). А: 1 – спектр поглощения рабдома при темновой адаптации; 2 – спектры поглощения рабдома при последовательном обесцвечивании (640с; 790с;890с;1040с;1140с) светом 650нм; 3 – спектр поглощения рабдома после дополнительного обесцвечивания в течение 300с светом 570нм. Б: запись спектра поглощения рабдома до (кривая 2) и после (кривая 3) обесцвечивания светом 570 нм в увеличенном масштабе. Проведенные эксперименты показали, что рабдомы зрительных клеток озерной популяции содержат смесь двух зрительных пигментов: длинноволнового с предположительным максимумом спектра поглощения около 560 нм и коротковолнового с максимумом поглощения около 530 нм. Аналогичные эксперименты были поставлены и на креветках балтийской популяции (макс. темноадаптированных рабдомов 530 нм). При этом обесцвечивающий свет с длиной волны 650 нм был практически неэффективен, но свет с длиной волны 570 нм полностью обесцвечивал рабдомы. Это означало, что в рабдомах креветок балтийской популяции присутствует 17 преимущественно пигмент Р530, а длинноволновый пигмент если и присутствует, то в неразличимых количествах. 3.3.Определение локализации светофильтрующих экранирующих пигментов в глазах M.relicta и характеристика их спектров поглощения. Согласно данным литературы окрашенные светофильтрующие пигменты глаз ракообразных, оммохромы и каротиноиды, играют важную роль в формировании спектральной чувствительности глаза (Шуколюков, Зак, Калишевич и соавт. 1980, Cronin et al. 1988 – 2002). Можно предполагать, что и в случае M.relicta, они могут играть такую же роль, поскольку, как известно, спектральная чувствительность глаза этих креветок сдвинута в длинноволновую область по сравнению со спектрами поглощения их зрительных пигментов (Jokela-Maatta et al. 2005). В данной главе приведены полученные нами данные о том, что основным светофильтрующим пигментом глаз M.relicta является один из оммохромов – ксантомматин, осуществляющий селективное поглощение света в синей области спектра. В гистологических исследованиях мы установили, что такой пигмент расположен в глазах M.relicta двумя слоями (Рис. 7). Рис.7. Гистологические срезы тканей глаза M.relicta. A – продольный срез: 1 – кристаллические конусы в окружении коричневого светофильтрующего пигмента, 2 – рабдомы в окружении 18 коричневого светофильтрующего пигмента; Б – поперечный срез: 1 – коричневый светофильтрующий пигмент, 2 – кристаллические конусы. Наружный слой светофильтрующего пигмента, расположен вокруг кристаллических конусов, так что свет, попадающий на нижележащие рабдомы, частично проходит через окрашенные промежутки между кристаллическими конусами. Такой же пигмент подстилает снизу рабдомы и частично внедрен в промежутки между ними. Микроспектрофотометрия субклеточных гранул этого пигмента показала, что их спектр поглощения совпадает со спектром одного из оммохромов – ксантомматина (Рис.8). По характеру спектра поглощения и по локализации в глазу ксантомматин может рассматриваться как наиболее вероятный пигмент, формирующий длинноволновое положение спектральной чувствительности креветок M.relicta. 1 455 нм Рис.8. Спектр поглощения экранирующего пигмента, окружающего кристаллические конусы и рабдомы (сплошная линия), в сопоставлении со стандартным спектром ксантомматина (пунктирная линия). В этой связи, на основании имеющихся у нас экспериментальных данных по зрительным и экранирующим пигментам M.relicta мы произвели теоретические расчеты возможного положения спектральной чувствительности глаз двух популяций и сопоставили их с известными данными (Jokela-Maata et al. 2005) по реальной спектральной чувствительности глаз креветок M.relicta. 19 3.4. Математический расчет влияния светофильтрующих экранирующих пигментов на положение спектральной чувствительности глаз M.relicta . В расчетах теоретической спектральной чувствительности были использованы приведенные выше данные по спектрам поглощения зрительных и экранирующих пигментов. На Рис.9 показаны положение этих спектров относительно друг друга для озерной популяции M.relicta. 455 нм 556 нм Рис.9. Спектр поглощения экранирующего пигмента (слева) и спектр рабдома (справа) глаз озерной популяции M.relicta. Путем подбора соотношения оптических плотностей зрительных и экранирующих пигментов нам удалось получить достаточно полное совпадение расчетных кривых спектральной чувствительности с известными реальными кривыми (Jokela-Maata et al. 2005), измеренными электроретинографическим методом (Рис.10). При этом подобранные коэффициенты соотношения оптических плотностей экранирующего пигмента к плотности зрительного пигмента имели разумные величины и составляли 1,35 для озерной популяции и 1,5 для морской популяции, т.е. в пределах реальных экспериментальных величин микроспектрофотометрии. 20 Рис. 10.Сопоставление кривых реальной (●) и теоретически рассчитанной (□) спектральных чувствительностей M.relicta. А - балтийская популяция. Б - озерная популяция. Наряду с оценкой светофильтрующей роли оммохромов в формировании спектральной чувствительности глаз M.relicta, мы также рассмотрели возможные эффекты самофильтрации самих зрительных пигментов. Эта оценка показала, что самофильтрация темновыми зрительными пигментами не в состоянии вызывать сдвиги спектральной чувствительности, а световая фильтрация через метародопсин не может играть заметной роли, так как его оптическая плотность во много раз ниже оптической плотности оммохромов. 4. ЗАКЛЮЧЕНИЕ. В целом совокупность данных, полученных в работе, свидетельствует о том, что длинноволновая настройка спектральной чувствительности креветок M.relicta к световой среде обитания определяется двумя спектральными формами зрительного пигмента, в сочетании с предварительным ослаблением синего света через слой экранирующего пигмента. 21 5. ВЫВОДЫ. 1) Показано, что спектры поглощения зрительных клеток M.relicta сформированы двумя зрительными пигментами, причем у озерной популяции креветок преобладает длинноволновый (предположительно А2) пигмент с максимумом около 560 нм, а у балтийской популяции креветок преобладает коротковолновый (предположительно А1) пигмент с максимумом около 530 нм. 2) С помощью специально разработанной методики, позволяющей удалять примесь метародопсина из зрительных клеток, показано, что спектры поглощения зрительных пигментов исследованных видов ракообразных M.relicta (Mysida) и описание, что и L.modestus (Decapoda) имеют то же математическое спектры поглощения зрительных пигментов позвоночных животных. 3) Показано, что в наружной зоне глаз креветок M.relicta содержится желто-коричневый светофильтрующий пигмент, соответствующий по спектру поглощения оммохрому ксантамматину, который в синей области спектра ослабляет свет, падающий на зрительные клетки. 4) Согласно проведенным математическим расчетам, спектральной чувствительности глаз двух популяций M.relicta кривые могут быть описаны сочетанием спектров поглощения их зрительных пигментов и спектров поглощения светофильтрующего пигмента. 6. СПИСОК НАУЧНЫХ ТРУДОВ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО МАТЕРИАЛАМ ДИССЕРТАЦИИ 1. Зак П.П., Демчук Ю.В., Абу Хамидах А.Е., Трофимова Н.Н., Островский М. А. Идентификация хромофоров зрительных пигментов ракообразных при микроспектрофотометрических измерениях. Сенсорные системы, 2009, том 23, № 4, с. 318-324. 22 2. А.Е. Абу Хамидах, Ю.В. Демчук, П.П. Зак, М. Линдстром, М.А. Островский. Коротковолновая световая фильтрация в формировании спектральной чувствительности 2-х популяций креветок M.relicta (Mysida). Вестник Московского Университета. Биология. 2010. №2. с. 51-56. 3. П.П. Зак, И. Пальберг, М. Линдстром, В.И. Жевненко, Ю.В. Демчук, Н.Н. Трофимова, Г.Г. Гульбекян, К. Доннер, М.А. Островский. «Зрительные и экранирующие пигменты ракообразных: адаптации к световой среде обитания». Научные труды ХХ съезда физиологического общества, Москва, июнь 2007. с. 195. 4. Ю.В. Демчук, П.П. Зак. Микроспектрофотометрическое исследование фоторецепторных клеток ракообразных. Сб. трудов Международной конференции ИБХФ-РАН вузы, Москва, 8-10 ноября 2007. с. 294-295. 5. П.П. Зак, Ю.В. Демчук, А.Е. Абу Хамидах, Ю. Пальберг, М. Линдстром, М.А. Островский, К. Доннер. Методические подходы по определению природы хромофора зрительных пигментов при микроспектрофотометрии зрительных клеток Crustacea. Научные труды II съезда физиологов СНГ. Кишинэу, Молдова, 29-31 октября 2008. с. 315-316. 6. Ю.В. Демчук, А.Е. Абу Хамидах, П.П. Зак, М.А. Островский, М. Линдстром, К. Доннер. Роль коротковолновой фильтрации в формировании спектральной чувствительности двух популяций M.relicta. Сб. трудов Международной конференции ИБХФ-РАН вузы, Москва, 9-11 ноября 2009.с. 120-121. 7. Демчук Ю.В., Абу Хамидах А.Е., Зак П.П., Островский М.А. Исследование механизмов адаптации спектральной чувствительности креветок M.relicta к световой среде обитания. Научные труды XXI съезда Физиологического общества им. И.П.Павлова, Калуга, 19-25 сентября 2010. с. 181-182. 8. Ю.В. Демчук, П.П. Зак, М. Линдстром, М.А. Островский. Роль светоэкранирующих пигментов глаз ракообразных (Crustacea, Mysidacea, Decapoda) в формировании их спектральной чувствительности. Сб. трудов Международной конференции ИБХФ-РАН вузы, Москва, 8-10 ноября 2010. с. 196. 9. Демчук Ю.В., Зак П.П., Линдстром М., Доннер К., Островский М.А. Эволюционная адаптация зрения крилевых креветок M. relicta к изменениям световой среды обитания. Сб. трудов XXV конференции Любищевские чтения «Современные проблемы эволюции», Ульяновск, 5-7 апреля 2011. с. 35-36.
