Безглазые пещерные пауки сохранили способность чувствовать свет

Зоологи обнаружили, что несколько видов безглазых пещерных пауков из рода Leptonetela сохранили способность воспринимать свет. В экспериментах эти членистоногие избегали освещенных участков — а еще у них сохранились гены, ответственные за зрительное восприятие. Как отмечается в статье для журнала Science Advances, представители рода Leptonetela, адаптированные к жизни в глубинах пещер, плохо переносят сухой воздух, поэтому, вероятно, умение чувствовать свет не дает им случайно забрести к выходу из пещеры и погибнуть здесь от нехватки жидкости. При этом остается неизвестным, где именно расположены фоторецепторы безглазых пауков.

Зрение в глубине пещер почти бесполезно, поэтому многие существа, которые проводят здесь всю жизнь (их называют троглобионтами), в процессе эволюции частично или полностью утратили способность видеть, в некоторых случаях вместе с глазами. В качестве примера можно привести пауков из рода Leptonetela, представители которого населяют карстовые ландшафты и пещеры Балкан и Юго-Западного Китая. Эти членистоногие демонстрируют разную степень редукции зрения. На одном конце спектра находятся виды, сохранившие шесть функционирующих глаз из восьми (утратив при этом среднюю пару передних глаз, которую пауки используют во время охоты), а на другом — виды, у которых глаза исчезли бесследно.

Команда зоологов под руководством Цзе Лю (Jie Liu) из Хубэйского университета предположила, что даже те пауки из рода Leptonetela, что полностью утратили глаза, могли сохранить способность воспринимать свет подобно некоторым пещерным рыбам и беспозвоночным. Чтобы проверить гипотезу, исследователи провели серию экспериментов с десятью видами Leptonetela из пещер на Юньнань-Гуйчжоуском нагорье в Южном Китае. Пять из них живут неподалеку от входа в пещеры, куда проникает солнечный свет. Эти виды сохранили шесть функционирующих глаз. Еще пять видов обитают в глубине пещер, где всегда темно; у двух из них глаза редуцированы до светлых пятен, а у трех от них ничего не осталось.

Исследователи сажали каждого подопытного паука в отдельный пластиковый контейнер, одна половина которого пропускала свет, а вторая — нет. После этого авторы проверяли, какую сторону выберет членистоногое. Тест был проведен с 20 особями каждого вида рядом со входом в пещеру, куда проникало немного солнечного света (он освещал прозрачную половину контейнера), и в ее глубине, где стояла полная темнота. У входа в пещеру 85-100 процентов особей каждого из десяти видов выбрали темную сторону контейнера независимо от степени редукции глаз. А в глубине пещеры, где из-за отсутствия солнечного света темными оставались обе половины контейнера, пауки не отдавали предпочтения ни одной из них. Таким образом, даже представители рода Leptonetela с сильно редуцированными или отсутствующими глазами сохранили способность чувствовать свет и прятаться от него.

Авторы предположили, что виды Leptonetela, населяющие глубины пещер, приспособлены к воздуху, относительная влажность которого часто превышает 99 процентов. В таком случае способность ощущать свет, возможно, позволяет им избегать входа в пещеры, где для них слишком сухо. Чтобы проверить идею, исследователи провели эксперимент с пауками L. palmata и L. reticulopecta, которые живут недалеко от входа в пещеру, и L. sublunata и L. danxia,предпочитающими глубокие ее части. Подопытных особей по одной сажали в пластиковые чаши у входа или в глубине пещеры. Спустя сутки все L. sublunata и L. danxia из чаш в глубине пещеры были живы, однако у входа в пещеру выжили только 53,13 процента и 13,33 процента их сородичей соответственно. При этом все особи L. palmata и L. reticulopecta выжили в обеих локациях. Когда эксперимент повторили, предоставив паукам доступ к воде, выжили все подопытные особи всех четырех видов. Таким образом, для специализированных к жизни в глубине пещер пауков из рода Leptonetela даже недолгое пребывание в сухой среде смертельно опасно, что объясняет, почему они держатся как можно дальше от входов в пещеры.

Затем Цзе Лю с коллегами собрали транскриптомы десяти представителей рода Leptonetela (L. curvispinosa, L. mengzongensis, L. palmata, L. pentakis, L. reticulopecta, L. danxia, L. hamata, L. kangsa, L. sublunata и L. tetracantha). Использовав полученные данные для филогенетического анализа, исследователи пришли к выводу, что все десять видов (они составляют лишь около десяти процентов от общего разнообразия рода) происходят от общего предка, который жил в миоцене, более 20,8 миллиона лет назад. Его потомки разделились на две клады: одна включает по два вида, которые живут у входа в пещеры (L. mengzongensis и L. reticulopecta) и на глубине (L. hamata и L. sublunata), а другая — по три вида из близких к поверхности (L. curvispinosa, L. palmata и L. pentakis) и глубоких частей пещер (L. danxia, L. kangsa и L. tetracantha). Таким образом, пауки из рода Leptonetela неоднократно и независимо переселялись вглубь пещер и теряли зрение. Вероятно, особенно часто это происходило в середине миоцена (20–15,5 миллиона лет назад) и в раннем плиоцене (4,2 миллиона лет назад).

На финальном этапе авторы дополнительно проанализировали транскриптомы десяти попавших в выборку видов из рода Leptonetela, чтобы выяснить, как у них работают тринадцать ядерных генов, отвечающих за фототрансдукцию — преобразование света в электрические сигналы в светочувствительных клетках. Оказалось, что функционирующие молекулярные пути зрительного восприятия сохранились не только у пауков, которые живут у входа, но и у их сородичей из глубин пещер. Пять генов, относящихся к этим путям, сохранились у всех десяти изученных видов Leptonetela. Это подтверждает идею, что даже утратившие зрение и глаза пауки сохранили молекулярные механизмы, позволяющие видеть свет. Более того, по крайней мере шесть генов фототрансдукции, которые одновременно присутствуют у шести представителей рода, находятся под действием строгого очищающего отбора, так что их нельзя назвать рудиментарными.

Результаты исследования демонстрируют, что даже безглазые виды пауков из рода Leptonetela сохранили способность ощущать свет (хотя и неясно, где именно находятся их фоторецепторы). Она помогает этим членистоногим оставаться в хорошо увлажненных глубинах пещер и избегать участков вблизи входа, куда проникает солнечный свет и где для них слишком сухо. Дополнительные эксперименты с использованием Y-образного лабиринта показали, что представители рода Leptonetela умеют оценивать относительную влажность воздуха. Однако, как правило, эти пауки выбирают более сухие участки (вероятно, чтобы их не смыло водой), поэтому данная способность не может гарантировать, что они не забредут слишком близко ко входу. Таким образом, чтобы не погибнуть от нехватки влаги, пауки из рода Leptonetela в первую очередь полагаются на умение воспринимать свет. Скорее всего, по этой же причине аналогичный навык сохранился и у некоторых других пещерных беспозвоночных.