В условиях постоянной темноты глубоководье моря скрывает большое разнообразие организмов, от бактерий до рыб, способных продуцировать видимый свет. Этот процесс, известный как биолюминесценция, является результатом химической реакции, происходящей во внешней среде или внутри клеток. Фотогенерирующие клетки (фотоциты) часто располагаются внутри органов, известных как фотофоры. В свою очередь, фотофоры характеризуются высокой степенью сложности и включают отражатели, волоконные световоды, светофильтры для специфических длин волн и оптические линзы. Свечение или короткие вспышки (<2 сек) имеют важное адаптивное значение, участвуя в осуществлении одной из трех функций: уклонение от хищников, добыча пищи и размножение.

В мезопелагической области (200-1000 метров) многие животные продуцируют непрерывное свечение на брюшной стороне для сокрытия на фоне падающего солнечного света и, тем самым, демонстрируют контриллюминацию. С другой стороны, свечение в верхней части тела редко встречается в этой зоне, что обусловлено высокой заметностью организма сверху на фоне темного дна. В качестве исключения выступают некоторые хищники, имеющие светящийся нарост ловушку для приманивания добычи. Вероятно, вследствие различной роли, люминесцирующие брюшная и спинная стороны вместе не встречаются у одного мезопелагического организма.

Тем не менее, авторы работы "A deepwater fish with ‘lightsabers’ – dorsal spine-associated luminescence in a counterilluminating lanternshark", результаты которой опубликованы в журнале " Scientific Reports", обнаружили одно интересное исключение. Они нашли глубоководную ночную акулу, у которой наряду со свечением на спинке имеются также вентральные фотофоры.

Ночная акула (Etmopterus spinax) является мелким видом (<60 см в длину). Она проводит большую часть времени на мезопелагических глубинах. Подобно другим членам семейства Etmopteridae, E. spinax имеет защитный минерализованные шипы спереди спинных плавников, а также тысячи мелких фотофоров (<200 мкм в диаметре) на брюшке. Стимулируемые мелатонином или пролактином, эти органы продуцируют продолжительное сине-зеленое свечение. Данный тип люминесценции, химическая природа которого остается неизученной, обеспечивает камуфляж на фоне проходящего верхнего света и, вероятно, участвует во внутривидовой коммуникации.

Изучение биолюминесценции привело авторов работы к удивительному открытию. Оказалось, что от переднего края спинных плавников, сразу позади шипов, исходит свечение, образующее дугу. Этот феномен напрямую противоречит маскировочной роли брюшных фотофоров.

Связанные с шипом фотофоры (SAPS) формируют два вертикальных ряда по обеим сторонам спинных плавников, на расстоянии 1-3 мм позади шипов. Данные образования схожи по строению с брюшными фотофорами. Каждый из них имеет пигментированный футляр, покрывающий одну или несколько клеток-линз, и окруженный группой светопродуцирующих клеток (фотоцитов) с флуоресцентными вакуолями. Ориентация линз и фотоцитов свидетельствует об излучении вбок, образующим серпообразный ореол вдоль края спинных плавников, который воспроизводит форму шипов, расположенных спереди. Учитывая тесную связь шипов и фотофоров, и того, что спинные плавники некоторых видов акул вращаются во время перемещения, исследователи изучили потенциальное взаимодействие фотофоров и шипов путем измерения пропускания света этими структурами. Гипотетически, если спинные плавники изгибаются вбок, шипы способны пропускать около 10% излучения фотофоров.

Высокая длительность излучения вентральных и спинных фотофоров и корреляция их интенсивности друг с другом указывают на гормональный контроль их активности.

(a)Расположение минерализованных шипов взрослой особи Etmopterus spinax. (b) Увеличенное изображение первого спинного шипа собластью фотофоров (SAPs) при естественном освещении. (c) Увеличенное изображение первого спинного шипа сSAPв темноте. (d)Спонтанная люминесценция от другой особи данного вида, свечение спинных SAPs (белые кружки),брюшных фотофоров (CVPs) и боковых фотофоров, свидетельствует о вовлечении этих структур в межвидовую коммуникацию. ca, каудальный; ic, инфракаудальный; la, латеральный/боковой; pe, брюшной. Масштаб: 5 см.

Обсуждение полученных результатов

В мезопелагической зоне, где большинство животных, в том числе и ночная акула E. spinax, используют люминесценцию для маскировки, длительное свечение на спинной стороне тела является рискованной и парадоксальной демонстрацией. Как следствие, можно ожидать очень сильное адаптивное преимущество от владения этими структурами.

Ученые провели теоретическое моделирование и подтвердили схожесть теоретической глубины контриллюминации (164-254 метра), на которой действенна маскировка брюшных фотофоров, с реальной глубиной, на которой был пойман опытный образец (170-230 метров). На данной глубине дистанция обнаружения свечения, испускаемого от спинных фотофоров, оказывается недостижимой для потенциальной жертвы ночной акулы – рыбки Maurolicus muelleri. Представители вида Maurolicus muelleri могут обнаружить это свечение лишь на расстоянии 1,5 метра. С другой стороны, хищники видят его за несколько метров. Исходя их этого, авторы работы предполагают, что люминесценция около шипов ночной акулы предназначена специально для хищников и является сигналом предостережения чужых и конспецифичных особей.

Точная интерпретация данного сигнала неизвестна. На основе пространственной организации и тесной связи спинных фотофоров с защитными шипами и того, что последние могут пропускать часть излучения (вероятно, благодаря эмалированной структуре), исследователи заключили, что свечение выделяет шипы.

Известно, что у ряда акул эти структуры связаны с ядовитыми железами, призванными ранить и отравить мягкие ткани крупного хищника. Таким образом, дополнительное освещение шипа несет предостерегающий сигнал и снижает риск поедания маленькой ночной акулы.

——

Julien M. Claes, Mason N. Dean, Dan-Eric Nilsson, Nathan S. Hart, Jerome Mallefet. A deepwater fish with ‘lightsabers’ – dorsal spine-associated luminescence in a counterilluminating lanternshark. Scientific Reports. 3 (1308). 2013

www.nature.com/srep/2013/130221/srep01308/full/srep01308.html