Элементы Элементы большой науки

Поставить закладку

Напишите нам

Карта сайта

Содержание
Энциклопедия
Новости науки
LHC
Картинка дня
Библиотека
Видеотека
Книжный клуб
Задачи
Масштабы: времена
Детские вопросы
Плакаты
Научный календарь
Наука и право
ЖОБ
Наука в Рунете

Поиск

Подпишитесь на «Элементы»



ВКонтакте
в Твиттере
в Фейсбуке
на Youtube
в Instagram



Библиотека

 
С. Петранек
«Как мы будем жить на Марсе». Глава из книги


М. Кронгауз
«Русский язык на грани нервного срыва. 3D». Главы из книги


Р. Фишман
Генри Сегерман и его математические этюды


Б. Штерн
Ближайшие пригодные для жизни экзопланеты: где они, как их можно наблюдать и как их достичь


Р. Фишман
Истории мутантов: гомеозисные гены


С. Мац
Искривленное зеркало


Л. Полищук
Почему вымерли мамонты и гибнут сайгаки: история о вкладах


В. Кузык
Нос на батарейках


Д. Мамонтов
Взглянуть инопланетянам в глаза


А. Бердников
Машинная точность







Главная / Новости науки версия для печати

Мышиный мозг готов увидеть мир по-человечески


Чтобы проверить, смогут ли трансгенные мыши различить оттенки цветов, кормушки освещали монохроматическим светом. Порцию соевого молока получала только та мышь, которая смогла увидеть, что правая кормушка отличается от двух левых. Фото с сайта www.hhmi.org
Чтобы проверить, смогут ли трансгенные мыши различить оттенки цветов, кормушки освещали монохроматическим светом. Порцию соевого молока получала только та мышь, которая смогла увидеть, что правая кормушка отличается от двух левых. Фото с сайта www.hhmi.org

Американские ученые исследовали трансгенных мышей со встроенным геном человеческого светочувствительного пигмента. Как воспринимают цвет такие мыши? Удается ли мышиному мозгу, вооруженному человеческой (трихроматической) фоторецепторной системой, воспринять мир по-человечески? Поведенческие эксперименты в совокупности с электрофизиологическими измерениями сетчатки показывают, что удается.

Цветовое зрение свойственно многим группам животных — и беспозвоночным, и позвоночным. Замечательно различают цвета насекомые и паукообразные, они видят даже в ультрафиолетовом диапазоне; рыбы также видят очень широкий спектр цветов, и эта способность определила чудесные краски коралловых рыбок. Многие земноводные и рептилии и, конечно, все птицы имеют цветовое зрение. Тем не менее цветовое зрение приматов качественно отличается от восприятия цветов у других животных. И это связано с тем, что приматы в ходе эволюции приобрели дополнительный тип фоторецепторов.

Глаз животного, как известно, выстилается сетчаткой — светочувствительным пигментным слоем. В этом слое работают светочувствительные клетки — палочки и колбочки. Палочки цвета не воспринимают. А отвечают за наш художественный вкус колбочки. Фотопигмент палочек только один — родопсин, фотопигменты колбочек — порфиропсины. У многих позвоночных животных имеется два светочувствительных пигмента, это так называемые дихроматы (см. дихромазия), а у приматов — три: синий, зеленый и красный, это трихроматы (но пусть читатели не обольщаются по поводу своей цветовой гениальности — раки-богомолы имеют 12 типов цветовоспринимающих клеток!).

Такой (левая картинка) видят Землю трихроматы — люди с нормальным трехпигментным зрением, а такой (правая картинка) — дихроматы, у которых отсутствуют фоторецепторы, различающие красный и зеленый цвет. Фото с сайта humbio.ru
Такой (левая картинка) видят Землю трихроматы — люди с нормальным трехпигментным зрением, а такой (правая картинка) — дихроматы, у которых отсутствуют фоторецепторы, различающие красный и зеленый цвет. Фото с сайта humbio.ru

Синий пигмент — общий для всех позвоночных (и ответственный за него ген расположен в аутосоме), а вот зеленый и красный специфичны для приматов (эти два белка кодируются генами, расположенными в X-хромосоме; именно поэтому нарушения цветовосприятия — это болезни, связанные с полом, «мужские» болезни), другие животные довольствуются только одним из этих пигментов. Поэтому спектр цветов, который они различают, отличается от человеческого. Так, лошади не видят синего неба, коровы не могут отличить красное яблоко от желтого, мыши видят серым осенний клен.

Электроретинограммы мышей, в глазах которых экспрессируется средневолновый М-пигмент (A), длинноволновый человеческий L-пигмент (B) и оба этих пигмента М+L (C). Рис. из обсуждаемой статьи в Science
Электроретинограммы мышей, в глазах которых экспрессируется средневолновый М-пигмент (A), длинноволновый человеческий L-пигмент (B) и оба этих пигмента М+L (C). Рис. из обсуждаемой статьи в Science

Разделение светочувствительных пигментов колбочек произошло еще на заре эволюции позвоночных — 500 млн лет назад, а вот появление третьего дополнительного пигмента в Х-хромосоме — дело сравнительно недавнее. У обезьян Старого Света зрительных пигментов три, как и у человека, а вот у американских обезьян самцы — дихроматы, а часть самок — трихроматы. У гетерозиготных по этому гену самок работают все три светочувствительных пигмента. Считается, что такой тип распределения светочувствительных генов характерен для начальных этапов становления трихромного цветовосприятия.

В связи с этим ученые решили ответить на два важных вопроса. Во-первых, может ли простое приобретение нового пигмента обеспечить новое видение? Ведь в формировании изображения мало воспринять цвет, еще нужно, чтобы мозг сумел распознать новый сигнал и адекватно на него среагировать. Готов ли мозг млекопитающих к немедленному, то есть без длительной эволюционной подготовки, различению цветов? Второй вопрос логически вытекает из первого и связан с выяснением эволюции приматов. Могли ли самки с улучшенным цветовым зрением получить немедленное преимущество перед своими дихроматными сородичами и, следовательно, передать новое приобретение в ведение естественного отбора?

Чтобы ответить на эти вопросы, Джеральд Джейкобс (Gerald H. Jacobs) из Института неврологии Калифорнийского университета (Санта-Барбара, США) вместе с коллегами из Медицинской школы Джонса Гопкинса (Балтимор, США) поставил эксперименты на мышах, в половую хромосому которых был перенесен ген зрительного пигмента человека. Как и у обезьян Нового Света, в этой линии трансгенных мышей есть самцы, у которых работают два типа зрительных пигментов — обычный синий и мышиный средневолновый (λmax = 510 нм), и самки — гомо- и гетерозиготные. У гетерозиготных самок присутствуют уже три типа пигментов, третий — человеческий, реагирующий на красный участок спектра (λmax = 556 нм). Гомозиготные самки — дихроматы, имеющие либо мышиный средневолновый пигмент, либо человеческий длинноволновый. Естественно, экспериментаторов интересовали гетерозиготные самки. Именно на них и проводились опыты.

Светочувствительные длинноволновые пигменты в глазу трансгенных мышей оказались вполне активными. Как показали электроретинограммы, новый пигмент обеспечивает небольшой сдвиг максимума цветовосприятия в длинноволновую область.

Примерно так различают цвета видимого спектра нормальные (вверху) и трансгенные (внизу) мыши. По оси X — длина волны в нанометрах; слева —короткие волны, справа — длинные. Рис. © Jim Holloway с сайта www.hhmi.org
Примерно так различают цвета видимого спектра нормальные (вверху) и трансгенные (внизу) мыши. По оси X — длина волны в нанометрах; слева —короткие волны, справа — длинные. Рис. © Jim Holloway с сайта www.hhmi.org

В поведенческих опытах проверяли, смогут ли трихроматные мыши различить оттенки цветов кормушки и правильно среагировать нажатием рычага. Кормушки освещали монохроматическим светом. Правильное нажатие на рычаг подкреплялось порцией любимого мышами соевого молока. Перед экспериментами мышей не кормили в течение дня, и голод усиливал намерение правильно выполнить задание. Оказалось, что мыши различали все цвета от фиолетового до красного, и порог восприятия зависел от соотношения средне- и длинноволновых пигментов. Чем больше клеток с длинноволновым пигментом, тем в среднем больше правильных нажатий на рычаг в нужном световом диапазоне. В особенности это хорошо заметно, когда экспериментировали с цветами с длиной волны от 550 до 580 нм. Таким образом, сигналы, получаемые «человеческими» рецепторами в сетчатке мышей, адекватно интерпретировались мышиным мозгом.

Как объяснить эти результаты? Ведь нужно иметь в виду, что у мышей, в отличие от человека и приматов, нет специализированных нейронов и ганглиев, отвечающих за передачу импульса от длинноволновых рецепторов. Как же мыши обошлись без них? Ученые заключают, что для передачи и анализа цветовых импульсов в мозгу существует несколько альтернативных механизмов. Самое главное, что в мозг заложена способность воспринимать и интерпретировать импульсы, поступающие от чувствительных клеток с разными типами рецепторов по отдельности, как несущие потенциально разную информацию. После приобретения нового рецептора система передачи и анализа этого сигнала в мозгу может потом постепенно совершенствоваться, подтягивая качество своей работы к качеству цветовосприятия.

Источник: Gerald H. Jacobs, Gary A. Williams, Hugh Cahill, Jeremy Nathans. Emergence of Novel Color Vision in Mice Engineered to Express a Human Cone Photopigment // Science. 2007. V. 315. P. 1723–1725.

См. также:
Как мы видим то, что видим — изложение важных экспериментов по цветовосприятию и история исследований цветового зрения; современные представления о работе мозга по расшифровке цветовых импульсов.

Елена Наймарк


Комментарии (5)



Последние новости: ГенетикаНейробиологияЕлена Наймарк

2.08
Гибридизация однодомных и двудомных растений увеличивает разнообразие половых фенотипов
11.07
Архаичные гены костных ганоидов разнообразнее, чем у более молодых групп позвоночных
6.07
Метанокисляющие микроорганизмы донных осадков оказались неожиданно разнообразными
28.06
Подростки лучше учатся на положительном опыте, чем на отрицательном
22.06
Рыбки-брызгуны хорошо различают человеческие лица
15.06
Получение генов пектиназ от протеобактерий резко ускорило видообразование палочников
14.06
Полиплоидность предков эукариот — ключ к пониманию происхождения митоза и мейоза
10.06
Удалось выяснить, почему рак может уснуть и проснуться через много лет
8.06
Новые древние остатки людей с острова Флорес говорят о родстве «хоббитов» с эректусами
7.06
Индийская община Бней-Исраэль не может быть одним из десяти потерянных колен

Научная картинка дня


Новости науки по темам: антропология, археология, астрономическая научная картинка дня, астрономия, биология, биотехнологии, генетика, геология, затмения, информационные технологии, космос, лингвистика, математика, медицина, нанотехнологии, наука в России, наука и общество, Нобелевские премии, палеонтология, Первое апреля, психология, технологии, физика, химия, эволюция, экология, энергетика, этология

Новости науки по авторам: Валентин Анаников, Дарья Баранова, Вера Башмакова, Александр Бердичевский, Максим Борисов, Варвара Веденина, Александр Венедюхин, Михаил Волович, Михаил Гарбузов, Алексей Гиляров, Дмитрий Гиляров, Сергей Глаголев, Евгений Гордеев, Николай Горностаев, Владимир Гриньков, Дмитрий Дагаев, Юрий Ерин, Анастасия Еськова, Дмитрий Жарков, Андрей Журавлёв, Дмитрий Замолодчиков, Игорь Иванов, Вячеслав Калинин, Павел Квартальнов, Мария Кирсанова, Дмитрий Кирюхин, Александр Козловский, Юлия Кондратенко, Артем Коржиманов, Ольга Кочина, Аркадий Курамшин, Виталий Кушниров, Иван Лаврёнов, Алексей Левин, Андрей Логинов, Сергей Лысенков, Лейла Мамирова, Александр Марков, Мария Медникова, Вадим Мокиевский, Григорий Молев, Тарас Молотилин, Антон Морковин, Марат Мусин, Максим Нагорных, Елена Наймарк, Алексей Опаев, Петр Петров, Александр Пиперски, Константин Попадьин, Сергей Попов, Роман Ракитов, Татьяна Романовская, Александр Самардак, Александр Сергеев, Андрей Сидоренко, Виктория Скобеева, Даниил Смирнов, Павел Смирнов, Дарья Спасская, Любовь Стрельникова, Алексей Тимошенко, Александр Токарев, Александр Храмов, Мария Шнырёва, Сергей Ястребов, Светлана Ястребова

Новости науки по месяцам: 2016 VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2015 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2014 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2013 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2012 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2011 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2010 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2009 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2008 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2007 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2006 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2005 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I 

Новости науки почтой (рассылка на Subscribe.ru):

 


Где еще почитать научные новости: «Биомолекула», «Вокруг света», Газета.ру. Наука, «Наука и жизнь», Наука и технологии РФ, «Научная Россия», «Популярная механика», РИА Наука, «Чердак», N+1, Naked Science

 


при поддержке фонда Дмитрия Зимина - Династия