Iako su zebrice mnogo manje i manje poznate od svojih kopnenih imenjaka, male ribe poseduju jedinstvenu sposobnost: mogu brzo da promene boju svojih karakterističnih pruga iz plave u žutu kada su uznemirene.
Poput kameleona, zebrice postižu ovu transformaciju boje kroz strukturne promene. Preciznom i istovremenom promenom orijentacije kristala koji reflektuju svetlost na njihovoj ljusci i koži, zebra može da promeni boju svojih pruga po celoj dužini tela za nekoliko sekundi.
U novom istraživanju koje se pojavljuje u časopisu PNAS, naučnici su istakli složenu ćelijsku mašineriju iza ove promene boje. Koristeći napredne tehnike snimanja, oni su identifikovali molekule, strukture i signalne mehanizme unutar ćelije koji rade zajedno da menjaju pruge zebrice iz plave u žutu kada je riba pod stresom.
„Niko ranije nije video ove strukture na ovom nivou, i niko nije pokazao kako reaguju na promene u svetlosti i boji“, kaže Dženifer Lipinkot-Švarc, viši vođa grupe i šef istraživačke oblasti 4D ćelijske fiziologije u Janelia, koja je stariji autor o novoj studiji u saradnji sa laboratorijom Džona Hamera iz NIH-a. „Postojao je predlog da kristali na neki način menjaju svoj raspored da bi promenili svoju boju, ali mi pokazujemo precizno kako se to dešava.
Nova otkrića mogu pomoći naučnicima da bolje razumeju molekularne mehanizme koji su u osnovi promene boje kod drugih životinja – od kameleona do kopepoda – koje koriste slične strukturne promene boje za komunikaciju, regulaciju telesne temperature i stvaranje kamuflaže.
„Ima smisla da su iste komponente koje su potrebne za ovo dostupne i prisutne u drugim sistemima, tako da mislimo da bi ovo mogao biti snažan način da organizmi promene svoju boju. I imamo neke preliminarne indikacije da se to zaista dešava u drugi organizmi“, kaže Dvir Gur, istraživač na Veizman institutu za nauku, koji je vodio novi rad.
Gur je počeo da ispituje kako su zebrice dobile svoje pruge kao postdoktorski istraživač u laboratoriji Lippinkot-Švarc. Godine 2020. Gur, Lippinkot-Švarc i tim istraživača identifikovali su kako redosled sićušnih kristala gvanina u ljusci zebrice stvara njene plave i žute pruge.
Dok su proučavali ribu, istraživače je zaintrigiralo kako bi plave pruge zebrice nestale kada bi ribar ušao u prostoriju ili kada bi izgubila borbu od dominantnog mužjaka.
Kod mnogih životinja, promene boje se dešavaju kada se kese pigmenta rasprše i agregiraju unutar ćelije. Ali to nije bio slučaj kod iridofora zebrice, gde bi takvo pomeranje kristala unutar ovih ćelija dovelo do toga da iridofori izgube svoju strukturnu boju. Bilo je nagoveštaja da bi riba mogla da promeni orijentaciju kristala kako bi reflektovala svetlost pod različitim uglovima, stvarajući različite boje, ali nije se razumelo kako se to dogodilo.
„Ovo je zaista bio okidač koji nas je naveo da pogledamo mehanizam koji je olakšao promenu boje u ovim ćelijama“, kaže Gur. „Znali smo da mora postojati drugi način.“
Tim je počeo tako što je bliže pogledao kristale pre i posle promene boje koristeći snimanje visoke rezolucije i difrakciju rendgenskih zraka zasnovanu na sinhrotronu.
Videli su da su unutar iridofora kristali raspoređeni u hrpe dugih pločastih struktura. Promena boje proizilazi iz istovremenog i preciznog naginjanja ovih kristala. Gur upoređuje proces sa pomeranjem venecijanera, gde se lamele naginju zajedno da kontrolišu koliko svetlosti prolazi. Kada je zebra pod stresom, svi kristali se naginju pod uglom od 20 stepeni, menjajući razmak između njih i ugao svetlosti koja ih udara. Ovo menja optička svojstva kristala u iridoforu, uzrokujući da se riblje pruge menjaju iz plave u žutu.
Zatim su istraživači koristili slike uživo da bi razumeli šta je pokretalo ovaj proces. Nakon veštačkog izazivanja stresnog odgovora u ribama, tim je otkrio da je naginjanje omogućeno motornim proteinima zvanim dinein koji hodaju duž mikrotubula unutar ćelije i povezuju se sa kristalima, povlačeći ih i naginjući ih kako bi stvorili promenu boje.
Proces je regulisan molekulom koji se zove ciklični AMP, molekulom drugog glasnika koji se aktivira kada je riba pod stresom. Ciklični AMP istovremeno šalje signal mnogim ćelijama u ribi, pokrećući naginjanje i uzrokujući da sve pruge istovremeno promene boju.
Pored obezbeđivanja mehanizma za strukturnu promenu boje, nova otkrića mogu pomoći da se rasvetli zašto neke životinje formiraju ove molekularne kristale, koji kod ljudi mogu da formiraju kamenje u bubregu i giht. Oni bi takođe mogli da informišu o dizajnu veštačkih materijala i uređaja koji koriste prednosti ovih prirodnih svojstava.
„Za mene je zaista sve u nauci vođenoj radoznalošću: sve što radimo je zato što želimo da bolje razumemo prirodu“, kaže Gur, dodajući da je neverovatno videti kako mali organizmi mogu da postignu nešto što ljudi, sa svojom naprednom tehnologijom. , ne može. „Ali, iz ovoga bi moglo proizaći mnogo različitih stvari koje bi na kraju mogle biti korisne, od korišćenja prirode kao izvora za učenje principa biomimikrije, do optičkih uređaja koji koriste slične pristupe, do fotonskih kristala sledeće generacije koji se mogu podešavati.“
