Кораллы используют хлориды для «зрения» видимым светом

В отличие от типичных опсинов, опсины группы ASO-II у рифообразующих кораллов используют ионы хлорида (Cl⁻) вместо аминокислот в качестве противоионов. Автор: Университет Осаки Метрополитен

У кораллов нет глаз, но они далеко не слепы. Эти хрупкие животные ощущают свет способами, которые продолжают удивлять научное сообщество.

Исследователи из Высшей школы науки Университета Осаки Метрополитен обнаружили уникальный механизм светочувствительности у рифообразующих кораллов. Белки-опсины используют ионы хлорида для переключения между чувствительностью к УФ- и видимому свету в зависимости от pH окружающей среды.

Животное зрение relies on опсины — белки, обнаруживающие свет с помощью молекулы «ретиналя». Однако retinal естественным образом поглощает только ультрафиолетовый свет. Чтобы расширить чувствительность в видимый диапазон, retinal связывается с опсином через основание Шиффа.

«Некоторые опсины ASO-II рифообразующих кораллов лишены обычных аминокислот-противоионов, встречающихся в опсинах других животных», — пояснил профессор Акихиса Тэракита, один из ведущих авторов исследования.

Команда изучила опсины ASO-II коралла Acropora tenuis. С помощью мутационных экспериментов, спектроскопии и моделирования они обнаружили, что вместо аминокислот эти опсины используют ионы хлорида (Cl⁻) из окружающей среды в качестве противоионов. Это первый известный случай использования опсинами неорганических ионов таким образом.

«Ионы хлорида стабилизируют основание Шиффа слабее, чем аминокислоты, — отметил Юсукэ Сакаи, первый автор работы. — Поэтому опсин может обратимо переключаться между чувствительностью к видимому свету и УФ-излучению в зависимости от pH».

При низком pH основание Шиффа протонируется и поглощает более длинные волны, включая видимый свет, стабилизируясь хлоридом. При высоком pH оно депротонируется и поглощает УФ-свет.

Это переключение может иметь экологическое значение. Кораллы живут в симбиозе с водорослями, которые осуществляют фотосинтез, изменяющий pH внутри клеток коралла. Таким образом, светочувствительность кораллов может адаптироваться к фотосинтетической активности водорослей.

Открытие также может найти применение в биотехнологиях. «Опсин ASO-II Acropora tenuis регулирует ионы кальция светозависимым образом, что указывает на его потенциал в качестве оптогенетического инструмента, чья спектральная чувствительность меняется с pH», — добавил профессор Мицумаса Коянаги.

Исследование опубликовано в журнале eLife.