В работе британских и голландских ученых - Себастьяна Шимелда (Sebastian Shimeld) из Оксфордского университета (University of Oxford) и его коллег из Лондонского университета (University of London) и Университета города Неймеген (Radboud University Nijmegen, Нидерланды), - о которой сообщается в журнале Current Biology ("Текущей биологии", 20 сентября 2005 г.), была сделана попытка досконально проанализировать эволюционную историю определенных критически важных для функционирующего глаза белков. При этом удалось выявить неожиданную связь между некоторыми компонентами глаз позвоночных и таковыми у более примитивных (лишь ощущающих свет) систем их беспозвоночных собратьев. Полученные результаты помогут разъяснить известный парадокс: каким именно образом за относительно короткое по эволюционным масштабам время у позвоночных появился полностью функциональный глаз.
Отправной точкой новых изысканий послужила характерная способность нашего глаза формировать ясное и четкое (сфокусированное) изображение на сетчатке (т.е. ретине). Критически важным компонентом в данном случае выступает хрусталик глаза, который обладает уникальными для живой ткани физическими свойствами: не только прозрачностью, но и способностью нужным образом преломлять световые лучи. Здесь все дело в высокой (85-90%) концентрации специализированных водорастворимых белков, называемых "кристаллинами" (crystallins, делятся на три основные группы - альфа-, бета- и гамма-кристаллины), что содержатся в клетках хрусталика глаза (и именно помутнением хрусталика с возрастом, потерей его прозрачности и вызвана такая удручающая болезнь как катаракта).
Рыбы, лягушки, птицы и млекопитающие видят благодаря тому, что их глаза содержат эти самые кристаллины, помогающие хрусталику, принимающему особую форму, фокусировать изображения на сетчатку, однако ближайшие из всех беспозвоночных родственники позвоночных животных - простейшие хордовые - оболочечники Ciona intestinalis, - обладают лишь примитивным типом фоторецепторов, способных регистрировать солнечные лучи, но неспособных формировать изображения. Из этого следует, что хрусталик глаза впервые появился именно у древнейших позвоночных животных.
Шимелд и его коллеги сосредоточились на исследованиях эволюционного происхождения одного конкретного представителя белкового семейства кристаллинов из группы гамма-кристаллинов (By-crystallin). Изучая Ciona intestinalis, то есть беспозвоночных "кузенов" позвоночных животных, "отколовшихся" от единой ветви непосредственно перед развитием хрусталика, исследователи выяснили, что такие животные обладают одним-единственным геном, связанным с "кристаллиновым" белком, что и находит отражение в строении их примитивной системы, лишь ощущающей свет. Эти твари похожи на головастиков, но взрослые особи обычно прикрепляются к поверхности камней и ведут себя во многом подобно губкам. Идентификация кристаллина у Ciona intestinalis позволяет предположить, что этот один-единственный ген в конечном счете и позволил развиться прозрачным хрусталикам позвоночных животных.
Выяснилось, в частности, что их "кристаллиновый" ген управляется генетическими элементами, которые связаны также и с теми отделами, что заведуют развитием хрусталика глаза у позвоночных животных: исследователи показали, что если соответствующие регулирующие области гена Ciona intestinalis передаются эмбрионам лягушки, то это влияет на формирование движущихся элементов в собственной визуальной системе получившихся трансгенных головастиков, включая хрусталик глаза. Это означает, что до развития хрусталика глаза существовала какая-то регулирующая связь между двумя рядами генов: теми, которые позже стали отвечать за управление развитием хрусталика глаза, и теми, что помогали хрусталику приобретать его специфические физические свойства.
