Когда они появились в ходе эволюции, ни у них, ни у кого глаз ещё долго не было. Для кого эта окраска? Поэтому есть подозрение, что окраска, видимо, в своей эволюции имела какую-то предшествующую функцию, связанную с поверхностью тела. Но у всех примитивных организмов обычно через поверхность (особенно когда ещё плохо развиты почки) происходит выделение вредных веществ. Давайте посмотрим, а не являлась ли и у рыб окраска исходно причиной выделительной её функции?
В принципе, для того чтобы не отравиться, нужно сделать вещества нерастворимыми, тогда они не ядовиты, или полимеризовать их - опять же чтобы сделать нерастворимыми. Но в таком случае те участки, которые участвовали в полимеризации, увеличат поглощение света, и, в конечном счёте, могут стать пигментами. Если посмотреть на пигменты, которые оказались в коже, как на конечные продукты метаболизма, то гуанин и птерины, а птерины тоже могут быть жёлтыми и оранжевыми, и, как правило, являются предшественниками накопления каротиноидов в ксантофорах и эритрофорах, так вот, гуанин и птерины содержат много азота и являются удобным конечным продуктом метаболизма, который можно выводить. Особенно это было важно для тех существ, которые в древности обитали в болотах. Потому что, находясь в болотах и выйдя потом на сушу, нужно как-то переживать пересыхание. А если это рыбы, которые вышли на сушу, им метаболиты нужно всё время куда-то сбрасывать. Если всё время с мочой сбрасывать, то все вышедшие на сушу должны были бы сбрасывать аммиак, им для этого нужно было бы быть как шланг: головой в воду, а с противоположной всё время вытекает. Чтобы оторваться от воды, нужно аммиак превратить в мочевину. Видимо, через кожу и удалялись продукты метаболизма соответственно в виде производных пуринов.
Меланин в своём происхождении - это тирозин, который окислялся, окислялся, окислялся до индольных соединений, кстати, страшно ядовитых. И соответственно превратить их в процессе полимеризации в меланин, это прекрасный вариант избавиться от этих неприятностей. Причём, если мы посмотрим на эволюцию от рыб до вышедших на сушу, то уцелевают только те меланофоры, которые сшелушиваются, что и мы приобрели. Птерины и гуанины представлены хорошо, особенно птерины, у земноводных, вплоть до птиц. Если мы возьмём другие группы, то птерины представлены прекрасно у насекомых, тоже выбравшиеся на сушу.
Наиболее сложный момент связан с каротиноидами. В отличие от всех этих пигментов, они химически очень активны, да ещё и являются веществами пищевого происхождения. И чтобы в них разобраться, наверное, лучше было бы изучать их на икре - это замкнутая система.
Ж.Ч. Вы знаете, что икра красная, и было выдвинуто в прошлом столетии около 20 всевозможных теорий, как функционируют эти каротиноиды - в красной икре конкретно и у других видов рыб, у которых тоже окрашена икра. И была выдвинута Крижановским, Смирновым и Соиным гипотеза о том, что у икры эти каротиноиды имеют дыхательную функцию. То есть в слабопроточной воде с низким содержанием кислорода происходит приток кислорода через каротиноиды, которые даже могут ещё и накапливать этот кислород.
А.М. Давайте ещё немножко продолжим об этом. Дело в том, что для того чтобы переносить через мембраны кислород, нужно иметь целый ряд пигментов, где кислород перемещается с одной стороны молекулы пигмента на другую внутри мембраны. Но дело в том, что кислород хорошо растворяется в жирах, лучше, кстати, чем в воде, и мембраны не являются препятствием, здесь не нужен этот механизм. Следующий рисунок, пожалуйста.
Карнауховым высказывалась идея, что можно по двойной связи посредине посадить кислород, и таким образом запасать кислород, это было бы нужнее. Но вся неприятность заключается в том, что, оторвав кислород, нужно восстановить двойную связь. Для этого нужно столько энергии и столько кислорода, что это то же самое, что золотой рубль менять на мелочь. Это очень неэкономно.
Ж.Ч. В семидесятых годах теперь уже прошлого столетия Виктор Владимирович Петруняка, был такой физиолог-биофизик, показал, что самая главная роль каротиноидов - это участие в кальциевом обмене в клетках. И он обнаружил их в митохондриях…
А.М. Причём в участках, ответственных за обмен кальция.
Ж.Ч. Да, за обмен кальция. Они прямо в мембранах находятся, и электронная микроскопия потом это подтвердила. И самое интересное, что ранее, когда мы проводили исследования, было видно, что в процессе развития, при смене одного этапа на другой менялась цветность икры. Казалось бы, там никакого притока каротиноидов нету, но, тем не менее, цветность менялась. Это менялась связь с кальцием.
А.М. Это было подтверждено экспериментально. Кальций был посажен на каротиноиды. Исходно (на верхнем рисунке) в спектре поглощения света каротиноидами видны три максимума, однако у комплексов каротиноидов с кальцием резко падает поглощение света. Это предполагало то, что изменяется вроде бы концентрации (а концентрацию мерили по цвету), а на самом деле менялся сам цвет пигментов. Поскольку каротиноиды не синтезируются в животном организме и тем более в икре, динамики изменения концентрации каротиноидов в икре не могло быть.
Если можно, вернёмся к предыдущей картинке. Если мы посмотрим на рисунок динамики цветности икры в процессе эмбрионального развития, то это икра разных видов рыб. Однако, динамика цвета у них примерно похожая. Снижение цветности происходит сначала на дроблении. Потом в конце дробления - повышение. Далее опять уменьшение, это гаструляция, и вновь повышение, далее во время органогенеза (это начало образования кровеносной системы) уменьшение и вновь повышение, после чего опять уменьшение цвета каротиноидов икры. По сути дела, это динамика кальция, регулирующая этапность развития. Следующий рисунок.
В связи с нашими экспериментами возник совсем другой взгляд на структуру самих каротиноидов. Каротиноиды состоят из двух иононовых колец, собственно, это кислородсодержащие группировки. Всё разнообразие каротиноидов, а их сейчас свыше 600, это группировки в основном в иононовых кольцах. И цепь сопряжения, то есть система из чередования двойных и одинарных связей, т.е.: двойная, одинарная, двойная, одинарная, двойная, одинарная. Поскольку двойные обусловлены ?-орбиталями, а расстояние между двойной и одинарной более-менее равные, то получается как бы облако электронов сверху и снизу молекулы. Такая система при взаимодействии с радикалами размазывает по ней всю эту энергию, превращая её в тепловую. Поэтому каротиноиды - прекрасные тушители свободнорадикального перекисного окисления липидов.
Но есть ещё одна интересная проблема. Если бы молекулы каротиноидов были бы плоскими, то у них, скорее всего, был бы один максимум в спектре поглощения света. (Достаёт из кармана авторучку.) Представьте, у меня, вместо молекулы, эта ручка из красного стекла. Так она (поперёк ручки) поглощала бы наиболее короткие волны, а так (вдоль ручки) - наиболее длинные волны. Чем больше двойных связей, тем более длинноволновые части спектра поглощала бы молекула. И молекула, вращаясь во все стороны, в потоке света, имела бы один максимум, а у каротиноидов их три. Следовательно, скорее всего, молекула перегибается несколько раз вдоль своей оси.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63