При словах "хамелеон" или "осьминог" сразу возникает ассоциация с яркими красками, меняющими друг друга. Зеленая листва и трава, разноцветные цветы и плоды, многообразие окраски аквариумных рыбок и удивительная окраска животных. Все это мир, который нас окружает. Этим многоцветьем живые организмы обязаны особенным клеточным структурам – хроматофорам. Что такое эти странные образования, какова их функция и как они работают – об этом данная статья.
Цвет несущие
Именно так переводится слово "хроматофоры". Что такое эта субстанция, стоит пояснить в соответствии с различными группами живых организмов. У ракообразных, моллюсков, рыб, амфибий, рептилий это светоотражающие клетки и клетки, содержащие пигмент. Они ответственны за окраску глаз и кожи и образуются только в период эмбриогенеза в нервном гребне. После периода дозревания они распространяются по телу. По тону в белом цвете они делятся на кантофоры (желтый), эритрофоры (красный), иридофоры (сияющий), лейкофоры (белый), меланофоры (черный или коричневый). Строение хроматофора у разных групп различно, и мы вернемся к этому вопросу ниже.
Фотосинтезирующие пластиды
Что такое хроматофоры водорослей? Это одномембранные органеллы бурых и зеленых водорослей ленточной или звездчатой формы, содержащие окрашенные гранулы (хлорофиллы и каротиноиды). У микроорганизмов и бактерий это безмембранные органеллы самой разной формы и различного назначения. Например, хроматофор хламидомонады представлен хлоропластом в виде чаши (в нем запасается крахмал) с красным пигментным тельцем, содержащим гематохром (красный пигмент). Благодаря ему это простейшее обладает способностью ощущать свет. У одноклеточной водоросли хлореллы хроматофор представлен гранулами хлорофилла-а и хлорофилла-б, плавающими в большом количестве в цитоплазме клетки. С их помощью эта водоросль осуществляет самый эффективный фотосинтез из минимума ресурсов. Таким образом, для простейших и одноклеточных водорослей характерно, что кроме фотосинтезирующей функции хроматофора – запасающая и светочувствительная. Стоит отметить такое, что хроматофоры водорослей отличаются от хлоропластов высших растений более простым строением и другими видами хлорофилла (зеленого пигмента с магниевым комплексом).
Пигментные клетки животных
У человека и множества животных имеются клетки, содержащие только один пигмент – мелатонин. Эти клетки находятся в кожных покровах, шерсти, волосах и перьях, в радужной оболочке и сетчатке глаз. От концентрации зависит насыщенность цвета. Эти клетки называются хроматоциты, они формируются на протяжении всей жизни организма и могут быть только одного типа – меланоциты.
Специфика работы
Что такое хроматофоры? Представление об их работе, которое необходимо для их классификации, формировалось в 60-х годах прошлого столетия. Последние данные биохимии не изменили эти положения, но уточнили принципы их работы. В хроматофорах выделяют два типа: биохромы и хемохромы. Первые - это истинные (настоящие) пигменты – каротиноиды (различные производные каротина) и птеридины. Они поглощают одну часть видимого света и отражают другую. Структурные цвета (хемохромы) образуют цвет при помощи интерференции или рассеивания (отражения волн одной длины и пропускания волн другой длины).
Цветная классификация
Деление хроматофор по цвету довольно условно. И вот почему. Ксантофоры и эритрофоры могут содержаться в одной клетке, и тогда ее окраска будет зависеть от количества желтого и красного пигментов. Иридофоры - это хемохромы, содержащие кристаллы гуанина. Именно кристаллы отражают свет и придают переливающуюся окраску. Зумелланин меланофор обладает высокой светопоглощающей способностью и формирует черный и коричневый цвета.
Биологическая роль пигментов
Меланин – самый распространенный пигмент у живых организмов - за счет поглощения света выполняет функции клетки-щита. Он не пропускает ультрафиолетовые лучи в глубокие слои кожи, защищая внутренние ткани от лучевых повреждений. Нельзя недооценивать роль пигмента в механизмах приспособляемости живых организмов. Что такое хроматофор в жизни насекомых-опылителей и растений, ими опыляемых, известно каждому. Окраска тела играет важную роль при защите от врагов, выслеживании добычи, предупреждении об опасности и репродуктивном поведении. Хлорофилл, бактериородопсин – фотосинтезирующие пигменты, а гемоглобин и гемоцианин – дыхательные хромогены.
Свойство меняться
Самым интересным и загадочным явлением является смена окраски некоторыми животными. Называется это явление физиологической сменой цвета. Механизм этот сложен и продолжает удивлять ученых. Довольно много представителей различных филогенетических ветвей в процессе эволюции обрели данную способность. Хамелеоны и головоногие моллюски (осьминоги и каракатицы) – довольно далекие друг от друга организмы в эволюционной лестнице жизни, но безусловные лидеры в рейтинге самых «изменчивых». Это удивительно, но механизмы работы хроматофоров у них одинаковы.
Как они это делают
Некоторые представители среди головоногих моллюсков, членистоногих, ракообразных, рыб, амфибий и пресмыкающихся имеют под кожей эластичные, как резина, клетки. Их хроматофоры имеют мембрану и наполнены краской, как акварельные тюбики. Каждая такая клетка в покое – это шарик, а при возбуждении – диск, растянутый множеством мускулов-расширителей (дилататоров). Они растягивают хроматофор, увеличивая его площадь во много раз, иногда в шестьдесят. И делают они это очень быстро – за половину секунды. В хроматофорах пигментные зерна могут располагаться в центре или быть разбросанными по всей клетке, их может быть много или мало. Каждый дилататор соединен нервами с командным пунктом – мозгом животного. Изменения цвета происходят под воздействием двух групп факторов: физиологических (изменений факторов среды или боли) и эмоциональных. Испуг, агрессия, симпатия к противоположному полу и напряженное внимание – все эти эмоциональные переживания меняют цвет животного.
Цитология процесса
Когда животное в покое, все пигментные зерна оказываются в центре и кожа становится светлой (белой или желтоватой). Именно таким матовым стеклышком выглядит каракатица с черным пятном чернильного мешка. Когда темный пигмент оказывается в ответвлениях хроматофора, кожа становится темной. Сочетание пигментов различных слоев и дает всю гамму оттенков. Зеленый и синий цвета возникают в результате преломления света в кристаллах гуанидина в верхних слоях кожи. Цвет кожи может быстро меняться и захватывать все тело или его части, иногда создавая очень причудливый узор. Кроме того, сами хроматофоры могут опускаться в глубокие слои кожи или подниматься в поверхностные.
Главный командир – глаза
Ученые установили тесную связь между зрением и меной окраски. Свет через орган зрения воздействует на нервную систему, и она подает сигналы хроматофорам. Одни растягиваются, другие сокращаются, и при этом достигается максимальное соответствие красок для маскировки. Интересно, что даже ослепленный осьминог может менять окраску – он воспринимает цвет еще и присосками, и, если осталась хотя бы одна, осьминог будет менять цвет. Удивительно, какие причудливые узоры он может повторить на своем теле. Есть данные о том, что осьминог смог за секунды воспроизвести текст газеты, которая оказалась рядом с аквариумом. И это похоже на мистику.
Несколько интересных фактов
Кроме удивительной способности осьминогов и хамелеонов менять цвет они имеют и еще несколько удивительных особенностей, о которых вы не знали.
Мозг осьминога является самым развитым среди беспозвоночных животных. Самый большой осьминог весил 180 килограмм. Он был длиной 8 метров (пойман в 1945 году). Некоторые осьминоги могут ходить по суше, опираясь на щупальца.
Одно из самых ядовитых животных планеты – глубококольчатый обитатель Индийского океана. После его укуса человек умирает в течение 1,5 часа. А противоядия нет.
Самый маленький хамелеон – мадагаскарская брукезия размером менее 3 сантиметров, а самый большой – малагасийский, растет до 70 сантиметров в длину. Они практически глухие, но увидят самую маленькую букашку на расстоянии в 10 метров. Угол их зрения - 360 градусов, и каждый глаз видит свою картину мира.
