Le due versioni sono allineate blocco per blocco, nell’ordine del testo: titolo, l’essenziale, poi paragrafo per paragrafo. Quando la traduzione ha fuso o diviso un paragrafo, la casella corrispondente resta vuota — non accostiamo mai due passaggi a occhio.
Inside the eye of a mantis shrimp, about 30 visual pigments work together, against three in humans. For decades, ecologists and biologists have asked why this crustacean needs so many. A team from the University of Liège (ULiège) and Humboldt University in Berlin has now taken them apart one by one, and found that some respond to red light, a part of the spectrum very few animals can perceive. The results are published in Science Advances.
All'interno dell'occhio di un gambero mantide lavorano insieme circa 30 pigmenti visivi, contro tre in quello umano. Per decenni ecologi e biologi si sono chiesti perché questo crostaceo ne abbia bisogno di tanti. Un team dell'Università di Liegi (ULiège) e dell'Università Humboldt di Berlino li ha ora esaminati uno per uno, scoprendo che alcuni rispondono alla luce rossa, una parte dello spettro che pochissimi animali riescono a percepire. I risultati sono pubblicati su Science Advances.
Vision starts with opsins, proteins that capture light. Combined with retinal, a small molecule derived from vitamin A, they form the visual pigments of the retina. In humans, a pigment that absorbs a photon loses its retinal and must regenerate before it works again, which is why a bright lamp leaves spots in our field of vision for a while. Four of the mantis shrimp pigments are different. They are bistable: a second photon restores the retinal, so the pigment can switch between two stable states with light alone. Two are activated by red light and deactivated by blue light. The other two work the other way around, activated by blue and deactivated by orange.
La visione inizia con le opsine, proteine che catturano la luce. Combinate con la retinale, una piccola molecola derivata dalla vitamina A, formano i pigmenti visivi della retina. Negli esseri umani, un pigmento che assorbe un fotone perde la sua retinale e deve rigenerarsi prima di tornare operativo: per questo una lampada molto intensa lascia per un po' delle macchie nel nostro campo visivo. Quattro dei pigmenti dei gamberi mantide sono diversi. Sono bistabili: un secondo fotone ripristina la retinale, quindi il pigmento può passare tra due stati stabili con la sola luce. Due sono attivati dalla luce rossa e disattivati dalla luce blu. Le altre due funzionano al contrario, attivate dal blu e disattivate dall'arancione.
Measuring them was the hard part. Marjorie Liénard, a researcher at GIGA–ULiège, developed an in vitro expression platform that produces these proteins outside the animal. The team combined it with the electrophysiology expertise of Peter Hegemann's laboratory at Humboldt University. Of the 17 opsins in the median band, 12 are standard green pigments, similar to ours, three are infrared, and two are blue-orange bistable. "This is the first time such pigments have been described in an animal while using the same chromophore as humans," Liénard explains. Combined with the coloured filters in the eye, sensitivity reaches 687 nanometres.
La parte difficile è stata la misurazione. Marjorie Liénard, ricercatrice del GIGA–ULiège, ha sviluppato una piattaforma di espressione in vitro che produce queste proteine al di fuori dell'animale. Il team l'ha combinata con le competenze di elettrofisiologia del laboratorio di Peter Hegemann, all'Università Humboldt. Delle 17 opsine della fascia mediana, 12 sono pigmenti verdi standard, simili ai nostri, tre sono sensibili all'infrarosso e due sono bistabili blu-arancione. «È la prima volta che si descrivono pigmenti del genere in un animale che utilizza lo stesso cromoforo degli esseri umani», spiega Liénard. Combinata con i filtri colorati dell'occhio, la sensibilità raggiunge 687 nanometri.
The team suggests the shrimp changes its pigment mix with the light around it. Liénard compares it to sunglasses by day and a torch at dusk: in bright light, the ultraviolet, blue and green pigments saturate, and the red opsins keep working, while at dawn and dusk the animal relies on its green opsins and its blue bistable ones. How it uses this to find prey, avoid predators or defend its territory is not yet confirmed, and would need behavioural experiments, which are hard to run with these robust predators.
Secondo il team, il gambero cambia la combinazione dei suoi pigmenti in base alla luce circostante. Liénard la paragona a un paio di occhiali da sole di giorno e a una torcia al crepuscolo: con la luce intensa si saturano i pigmenti ultravioletti, blu e verdi, mentre le opsine rosse continuano a funzionare; all'alba e al tramonto l'animale si affida invece alle opsine verdi e alle opsine bistabili blu. Non è ancora confermato come usi questo meccanismo per cacciare, evitare i predatori o difendere il proprio territorio, e servirebbero esperimenti comportamentali, difficili da condurre con predatori così robusti.
The most concrete prospect is optogenetics, a technique that controls cell activity with light. Unlike the channelrhodopsins of the alga Chlamydomonas reinhardtii, these opsins belong to the G-protein-coupled receptors, which trigger signalling cascades inside cells. That family is involved in cardiovascular, neurological and inflammatory diseases. Red light penetrates tissue more deeply and harms cells less than blue or ultraviolet light, so a switch that red turns on and blue turns off could, in principle, modulate those pathways precisely and reversibly. None of this has been developed yet. The team now wants to make the signalling more selective, look for similar proteins in closely related species, and understand what makes some of them bistable. It gives no date. "Nature still harbours many innovations," Liénard says, "which can only be uncovered through" this kind of approach.
La prospettiva più concreta è l'optogenetica, una tecnica che controlla l'attività delle cellule con la luce. A differenza delle channelrodopsine dell'alga Chlamydomonas reinhardtii, queste opsine appartengono ai recettori accoppiati a proteine G, che innescano cascate di segnalazione all'interno delle cellule. Questa famiglia è coinvolta in malattie cardiovascolari, neurologiche e infiammatorie. La luce rossa penetra più in profondità nei tessuti e danneggia meno le cellule rispetto a quella blu o ultravioletta, quindi un interruttore che si accende con il rosso e si spegne con il blu potrebbe, in linea di principio, modulare quelle vie in modo preciso e reversibile. Nulla di tutto questo è ancora stato sviluppato. Il team vuole ora rendere la segnalazione più selettiva, cercare proteine simili in specie strettamente imparentate e capire cosa rende alcune di esse bistabili. Non fornisce alcuna data. «La natura custodisce ancora molte innovazioni», afferma Liénard, «che possono essere scoperte solo attraverso» approcci di questo tipo.