В безлунную ночь количество света, которое достигает поверхности Земли, в триллион раз меньше, чем в яркий солнечный день. Тем не менее и в таких условиях большинство млекопитающих все еще достаточно хорошо видят. И мы не говорим о кошках и других ночных животных, у которых есть тапетум – специальная отражательная оболочка глаза, предназначенная для ночного видения.

Кошка сиамской породы
Тапетум можно легко увидеть. Это – то самое "зловещее" свечение глаз животных. Его цвет зависит от конкретного пигмента, присутствующего в данном слое сосудистой оболочки. Так, у кошек тапетум чаще всего желтый иди зеленый, хотя бывают и исключения. Например, у сиамской породы он обычно малиновый.
Фото: i.wallpic.net

Новое исследование американских и канадских ученых проливает свет на понимание естественного ночного видения. Большинство биологов, участвующих в эксперименте – из Медицинской школы Университета Дьюка (Северная Каролина, США) и Университета Виктории (Британская Колумбия, Канада). Их результаты показали, что некоторые нервные клетки сетчатки, чувствительные к движению, временно изменяют свои функции, чтобы улучшить видимость при плохом освещении.  

 

Джошуа Сингер, нейробиолог из Мэрилендского университета в Колледж-Парке, не участвовавший в исследовании, комментирует эксперименты коллег: "Ученые уже знали немного о том, как работает ночное видение у мышей, кроликов, людей и других млекопитающих. Сетчатка может реагировать на "смехотворно малые" количества фотонов. Один фотон может активировать светочувствительную клетку – палочку сетчатки. Этот фоторецептор преобразует световые раздражения в нервное возбуждение. Через ганглионарную клетку электрический импульс посылается в головной мозг".

 

Что же такое ганглионарная клетка? Это нейрон сетчатки, способный генерировать нервные импульсы (в отличие от других типов нейронов этой оболочки глаза). Вместе со стекловидным телом ганглионарные клетки образуют слой сетчатки, который получает свет первым. Они же являются одной из составляющих трехнейронной рецепторно-проводящей системы сетчатки. Существует около 20 видов этих нервных клеток.

 

Американские и канадские ученые сосредоточили внимание на одном из видов – магноклетках, которые отвечают за восприятие движущихся объектов. Эти нейроны выполняют жизненно важную функцию, например, для мыши, которая стала объектом охотящейся совы, или человека, который пытается избежать столкновения.   

 

Что интересно, магноклетки тоже очень разнообразны. Так, некоторые из этих нейронов реагируют только тогда, когда объект движется вверх. Другие –отвечают за движение вниз, третьи – влево, четвертые – вправо... Вместе они определяют, куда движется объект, и передают эту информацию головному мозгу, который и решает, как действовать.

макроснимок сетчатки мыши
На фотографии – макроснимок сетчатки мыши. Красное с желтым центром – ганглионарная клетка, реагирующая на движении вверх (красная с желтым центром). Именно эта часть сетчатки позволяет грызунам лучше видеть в темноте.
Фото: sciencemag.org

Как объясняет упомянутый Джошуа Сингер, "магноклетки считались одной из немногих изученных областей мозга; неврологи считали, что знают все об их действиях". Но, как показало новое исследование, нейроны начинают вести себя иначе, когда количество света сокращается.

 

Чтобы узнать, как ганглионарные клетки адаптируются в темноте, нейробиолог Грег Филд и его коллеги из Университета Дьюка исследовали фрагменты сетчатки мыши. Они положили их на крошечные стеклянные пластины со встроенными электродными решетками. Филд рассказывает, что каждая такая решетка включает около 500 электродов, но она настолько мала, что охватывает всего полмиллиметра. Погруженная в насыщенный кислородом раствор сетчатка мыши все еще может функционировать и "видеть", в то время как решетка регистрирует электрическую активность сотен нейронов.

 

Команда ученых показывала сетчатке простое видео – движущие полосы на контрастном фоне. Затем исследователи сократили уровень света, перейдя от  типичного офисного освещения к уровню света в лунную ночь. Три из четырех разновидностей магноклеток не поменяли ничего в своем поведении. Их ответ на движение оставался прежним даже в полутьме. А вот четвертая разновидность, которая обычно отвечала за движение вверх, стала реагировать на гораздо более широкий диапазон раздражителей. В том числе фиксируя движение вниз и вбок.

 

Филд и его коллеги задались вопросом, почему "клетки движения вверх" действуют странно. Используя компьютерную модель деятельности всех четырех разновидностей нейронов, они пришли к выводу, что когда один тип принес в жертву некоторые свои предпочтения, улучшилась производительность группы в целом. То есть, таким образом, магноклетки повысили способность обнаруживать движение в условиях низкой освещенности.

 

Чтобы выяснить, как "клетки движения вверх" перестроились, ученые генетически спроектировали мышей, у которых в этой конкретной разновидности нейронов не хватало межклеточных связей, называемых щелевыми контактами. Эти белковые каналы позволяют химическим сигналам проходить от одного нейрона к другому и ранее уже были связаны биологами с ночным видением.

макроснимок сетчатки мыши
Считается, что самым острым зрением в темноте на Земле обладают тараканы и пчелы-плотники. Кроме этого, в список от BBC вошли домашние кошки, долгопяты, навозные жуки и пчелы-галиктиды
Фото: s1.fotokto.ru

Команда Филда обнаружила, что в сетчатке мышей без щелевых контактов, "клетки движения вверх" не адаптировались к темноте. Данный факт, по мнению авторов, значит, что возможность этой разновидности нейронов улучшать ночное видении в какой-то мере зависит именно от щелевых контактов.

 

Неясно, касаются ли открытия биологов и людей в том числе. Например, исследуемые магноклетки составляют всего 4 % из общего количества ганглионарных клеток человека (у мышей эта цифра достигает примерно 20 %) Но обнаруженная у грызунов особенность все-таки может быть адаптирована для улучшения остроты зрения. Ведь многие новые протезы для сетчатки, созданные для слабовидящих людей, основаны в значительной степени на электрической стимуляции ганглионарных клеток. По словам Филда, исследования, подобные этому, могут помочь в более точной настройке таких технологий: "Если вы собираетесь стимулировать ганглионарные клетки, вам нужно заставить их посылать правильные сигналы в мозг".

 

Напоминаем Вам, что в нашем журнале "Наука и техника" Вы найдете много интересных оригинальных статей о развитии авиации, кораблестроения, бронетехники, средств связи, космонавтики, точных, естественных и социальных наук. На сайте Вы можете приобрести электронную версию журнала за символические 60 р/15 грн.

 

В нашем интернет-магазине Вы найдете также постерымагнитыкалендари с авиацией, кораблями, танками.