Флуоресцирующий геккон

На фото — намибийский перепончатопалый геккон (Pachydactylus rangei) в ультрафиолетовом свете. Кожа вокруг глаз и на боках светится ярким неоновым цветом. Этот небольшой геккон (длиной 10–15 см) обитает в пустыне Намиб, дни проводит в песчаных норках, а ночью выходит на охоту за насекомыми и другими членистоногими. Намибийских гекконов часто содержат как домашних питомцев, благодаря чему удалось узнать об их способности светиться в ультрафиолете.

Нетепловое свечение (люминесценцию) в ответ на внешнее освещение называют флуоресценцией: молекулы вещества, поглощая коротковолновый свет, испускают свет с большей длиной волны. В природе чаще встречается другой тип генерации света живыми организмами — за счет химических реакций, при которых внешний источник света не требуется. Такую хемилюминесценцию у живых организмов называют биолюминесценцией. Именно она наблюдается у всем известных светлячков (см. картинку дня Огни светлячков: желтый или зеленый, а также сюжет «Биолюминесценция»).

Флуоресценция давно известна у беспозвоночных — скорпионов, пауков, медуз, кораллов (см. картинки дня Флуоресцирующий скорпион и Флуоресцирующая паучиха). До недавнего времени считалось, что среди позвоночных способностью к флуоресценции обладают лишь некоторые морские рыбы (см. картинки дня Флуоресцирующая акула и Морские пони). Но буквально в последние несколько лет ее обнаружили и во всех классах четвероногих — у амфибий, рептилий (см. картинку дня Флуоресцирующая черепаха), птиц (например, у тупиков) и млекопитающих (свежий пример — утконос).

У рептилий и амфибий замечены два варианта флуоресценции: «костный» и «лимфатический». В первом случае вещество, отвечающее за флуоресценцию, — флюорофор — находится в костной ткани и при облучении ультрафиолетом кости начинают флуоресцировать через полупрозрачную кожу. Такой тип встречается у некоторых гекконов и хамелеонов, а также седлоносных жаб (Brachycephalus). Во втором случае светится вещество, содержащееся в лимфе, — такой тип распространен у амфибий.

Пример «костной» флуоресценции у хамелеона Brookesia superciliaris. Фото © David Prötzel с сайта livescience.com

Первые, отчасти случайные, находки флуоресценции у наземных позвоночных побудили исследователей к целенаправленным поискам данного явления. Иногда кажется, что ученые готовы светить ультрафиолетовым фонариком на всё, что попадется им на глаза, — будь то музейные экспонаты (тушки сов, утконосов и т. д.), встреченные в ночи скорпионы или... домашние питомцы. Так, в один прекрасный день ученый Дэвид Прётцель (David Prötzel) из любопытства направил ультрафиолетовую лампу на живущего в его террариуме намибийского перепончатопалого геккона. Каково же было его удивление, когда бока геккона и кожа вокруг глаз засветились ярко-зеленым неоновым цветом!

Не менее неожиданным оказалось и то, что тип флуоресценции намибийских гекконов не относится ни к «костному», ни к «лимфатическому». Свечение происходит благодаря особым клеткам-иридофорам (см. Iridophores and leucophores), расположенным в коже животного.

Ранее была известна роль иридофоров в формировании структурной окраски и физиологически контролируемом изменении цвета — например, у хамелеона (см. статью Структурный цвет в живой природе). Иридофоры содержат кристаллы гуанина, ориентированные так, что выполняют роль дифракционной решетки для падающего света, и за счет интерференции ткани получают характерную переливающуюся структурную окраску. Но то, что иридофоры способны еще и к флуоресценции, никто не предполагал.

У намибийского геккона оказалось целых два типа иридофоров — одни из них флуоресцируют, другие нет. Клетки первого типа расположены среди волокон коллагена близко к поверхности кожи и содержат большое количество гранул — кристаллов гуанина. Под флуоресцентным микроскопом, генерирующим свет с длиной волны 450–490 нм (синий и голубой), они испускают зеленое свечение с длиной волны 500–550 нм. Их подстилает еще один слой коллагеновых волокон, а уже под ним расположен слой иридофоров второго типа, не способных к флуоресценции. Несветящиеся иридофоры не сильно отличаются от иридофоров первого типа, однако кристаллы гуанина в них длинее, расположены более рыхло и не так упорядоченно. Возможно, клетки второго типа играют роль своеобразного «зеркала», усиливающего свечение расположенных выше клеток. Хотя понятно, что флуоресценция связана с иридофорами и кристаллами гуанина, точные молекулярные основы флуоресценции геккона пока не выявлены и молекулы-флуорофоры еще нужно найти.

Срезы кожи геккона Pachydactylus rangei. a — прямоугольники показывают, откуда взяты образцы тканей. b — срез височно-глазной области с переходом от нефлуоресцентной зоны (слева) к флуоресцентой (справа). Ниже показаны увеличенные области среза: c — нефлуоресцентная область; d — переходная зона; e — флуоресцентная область. f, g — срезы кожи на боку геккона, из нефлуоресцентной (f) и флуоресцентной (g) областей. M — меланофоры (клетки с пигментом меланином); co — волокна коллагена; de — дерма; ep — эпидермис; I_f — флуоресцирующие иридофоры; I_b — базальные (нефлуоресцирующие) иридофоры; pa — клетки паренхимы. Длина масштабного отрезка — 50 мкм. Изображение из статьи D. Prötzel et al., 2021. Neon-green fluorescence in the desert gecko Pachydactylus rangei caused by iridophores

Намибийские гекконы — первые из наземных позвоночных, у кого описана «кожная» флуоресценция за счет клеток-иридофоров. Подобный механизм известен, например, у некоторых коралловых рыб, но никогда ранее не был описан у рептилий. По яркости свечения намибийские гекконы занимают почетное первое место среди наземных позвоночных, разделяя его лишь с квакшей Boana punctata.

Флуоресцировать способны и самки, и самцы, и молодые, только что вылупившиеся геккончики. Зачем же им всем светиться в темноте? Этот вид, как и следует из названия, обитает в африканской пустыне Намиб, населяя песчаные дюны и высохшие русла рек. Уникальные для семейства гекконов лапы с перепонками позволяют ему эффективно передвигаться по песку и закапываться в него днем — активны гекконы исключительно по ночам. Чаще ведут одиночный образ жизни, но, тем не менее, проявляют социальное поведение.

Намибийский перепончатопалый геккон и без флуоресценции имеет довольно яркую внешность, тем не менее, он вполне сливается с песком. Судя по всему, чтобы сфотографировать геккона днем, их выкапывают из норки (см. фото). Фото © Giovanni Mari с сайта flickr.com, Намибия, 2009 год

Исследователи предполагают, что яркий неоновый окрас, видимый ночью при свете Луны, помогает гекконам распознавать особей своего вида на удаленном расстоянии (популяция этих гекконов имеет низкую плотность). Гекконам нужно встречаться хотя бы для спаривания. Кроме того, наблюдения в неволе показали, что гекконы могут слизывать друг с друга оседающую на коже влагу — в условиях пустыни это может быть весьма полезно, так как с собственной головы много осевшего тумана не слижешь. Также в неволе замечено, что после коротких периодов изоляции гекконы бегут навстречу друг другу.

Светящиеся зеленые полосы по бокам расположены ближе к животу, чем к спине, — и поэтому не должны быть видны ночным хищникам (совам и шакалам), обозревающим территорию с более высоких точек наблюдения. А вот свой брат-геккон непременно обратит на них внимание. У многих ночных гекконов хорошее цветное зрение в условиях низкой освещенности; вероятно, и намибийский перепончатопалый геккон не исключение: у него большие глаза, что должно позволять хорошо видеть ночью. Однако для подтверждения или опровержения наличия функций флуоресценции у геккона необходимы дальнейшие исследования.

Фото © David Prötzel из твиттера его коллеги Dr Mark D. Scherz.

Анастасия Вабищевич