Длинноперый губан располагает двумя слоями клеток кожи, что позволяет ему не только изменять свой цвет, но и «ощущать» свою кожу изнутри, адаптируясь к меняющимся условиям окружающей среды. Эта уникальная способность может быть полезной в создании беспилотных автомобилей и роботов.
Динамическое изменение цвета (ДИЦ) — это способ маскировки, используемый некоторыми животными для быстрой смены окраски своей кожи в зависимости от внешних условий. Это достигается с помощью быстрой регуляции нейронными сигналами.
Такую способность демонстрируют и головоногие моллюски, и земноводные, и рептилии, а также некоторые виды рыб. Во всех этих случаях процесс ДИЦ основывается на регулировании специализированных клеток кожи — хроматофоров. Они меняют цвет благодаря внутриклеточной реорганизации пигментных гранул, кристаллов или отражающих пластинок.
Кроме хроматофоров, кожа животных, которые динамически изменяют цвет, содержит также клетки, насыщенные светочувствительными белками опсинами. Эти опсины схожи с белками, находящимися в клетках сетчатки глаза. Однако до сих пор неясно, как взаимодействуют хроматофоры и опсины при изменении окраски.
В 2023 году группа американских биологов провела детальное микроскопическое исследование кожи рифовой рыбы Lachnolaimus maximus, известной своей способностью динамически менять цвет даже после смерти. Механизм у L. maximus основывается на двух слоях клеток кожи: верхний слой включает хроматофоры, содержащие гранулы с различными пигментами (красный, желтый или черный), а под ним находится слой клеток, содержащих светочувствительные белки. Работа опубликована в Nature Communications.
Свет, падающий на кожу, должен пройти через хроматофоры, прежде чем достигнет светочувствительного слоя. Если пигментные гранулы концентрируются в определенной области хроматофоров, они становятся более прозрачными для света. В таком случае кожа приобретает соответствующий цвет. После этого нижележащие клетки реагируют на эти изменения, активируя светочувствительные белки и механизмы обратной связи, что влияет на распределение пигментов в хроматофорах.
Авторы предполагают, что сигналы для изменения цвета кожи L. maximus сначала воспринимаются обычным зрением из окружающей среды. Затем происходят изменения в распределении пигментов в хроматофорах, которые регулируются кожными фоторецепторами для более точной настройки камуфляжа.
Таким образом, рыбы губаны могут в некоторой степени «видеть» цвет своей кожи и оперативно изменять его при необходимости. Однако полноценным зрением это назвать нельзя, так как кожа не соединена зрительными нервами с головным мозгом рыбы и не способна формировать изображения.
Исследование может продвинуть новые методы сенсорной обратной связи для различных устройств. Таким образом, роботизированным конечностям и беспилотным автомобилям необходимо точно настраивать свои характеристики, не полагаясь лишь на зрение или видеокамеру.
Фото: hi-tech.mail.ru