Светочувствительные структуры некоторых одноклеточных морских организмов сильно напоминают глаза многоклеточных животных.

Глаз по праву называют одним из самых сложных органов: он состоит из роговицы, радужной оболочки, глазного яблока, хрусталика, не говоря уже о многослойной сетчатке. Именно глаз долгое время был аргументом против дарвиновской теории. Чтобы он заработал, все его элементы должны присутствовать в нём одновременно, и потому долгое время никто и представить себе не мог, как мог такой орган возникать постепенно, по частям (кому, например, нужен глаз  с роговицей и хрусталиком, но без сетчатки, или сетчатка без хрусталика).

Динофлагеллят из группы Warnowiaceae с «глазом». (Фото Brian Leander и Greg Gavelis.)

«Глаз» динофлагеллят под электронным микроскопом: справа – линзоподобная структура, слева – слой «сетчатки». (Фото Brian Leander и Greg Gavelis.)

Схема «глаза» динофлагеллят. (Рисунок Brian Leander и Greg Gavelis.)

Однако со временем выяснилось, что упрощённые органы зрения можно найти у множества видов животных, и один из примеров – одноклеточные планктонные существа из группы Warnowiaceae, относящихся к простейшим динофлагеллятам. Их «глаз» также состоит из «роговицы», «хрусталика» и «сетчатки», только образованы они клеточными органоидами. Здесь необходимо сказать, что у многих простейших есть так называемая стигма, или глазок. Обычно стигма представляет собой скопление пигментного вещества, у большинства водорослей глазок является частью хлоропластов, а у динофлагеллят стигма делится на линзовидное тело («хрусталик» + «роговица») и ретиноид («сетчатка»). Однако что касается динофлагеллят Warnowiaceae, то выращивать в лаборатории их пока не удаётся, а в образцах морской воды они встречаются не слишком часто. Тем не менее, команде исследователей из Университета Британской Колумбии и Национального института генетики в Мисиме с помощью современных методов микроскопии, томографии, геномики, позволяющих работать с единичными клетками, и т. д. удалось охарактеризовать глазоподобный субклеточный орган.

Самое замечательное в нём оказалось то, что он действительно  весьма похож на глаз многоклеточных: пузыревидная оптическая линза сидит на подставке-«сетчатке». В статье в Nature авторы пишут, что «роговица» и «хрусталик» сделаны из видоизменённой митохондрии, а «сетчатка» – из нескольких переплетённых, соединённых между собой пластид. (Учитывая, что обычная функция пластид – фотосинтез, то есть улавливание энергии света с помощью специальных белков и пигментов, вроде каротиноидов, хлорофиллов и т. д., то нет ничего удивительного, что именно пластида стала заменителем «сетчатки».) И митохондрии, и пластиды играют главную роль в метаболизме – митохондрии генерируют энергию, пластиды, как было сказано, служат базой для фотосинтетических реакций – однако и те, и другие, как оказалось, могут послужить строительными блоками для сложных структур, напоминающих органы многоклеточных.

Водоросли благодаря стигмам обладают способностью к фототаксису: они ищут более освещённые места, чтобы повысить эффективность фотосинтеза. «Глазастые» же динофлагелляты Warnowiaceae – хищники: они охотятся на других одноклеточных с помощью выстреливаемых наружу трихоцист, играющих роль своеобразного гарпуна. Впрочем, «глаз» может помочь и на охоте: с его помощью нельзя разглядеть добычу во всех подробностях, но вполне можно почувствовать изменения некоторых параметров света.

Одноклеточные, которые служат добычей динофлагеллятам, часто бывают прозрачными, но свет, проходя через них, преломляется и меняет угол поляризации. Устройство линзы, по словам авторов работы, напоминает поляризующие фильтры на объективах камер и солнечных очках, так что, возможно, «сетчатка»-ретиноид чувствует изменения в поляризации световой волны и помогает понять клетке, в каком направлении вести охоту.