Предполагается, что оптические свойства хрусталиков камерного глаза определяются в основном содержанием в них кристаллинов. При этом у водных животных с камерными глазами сферический хрусталик играет основную роль в преломлении света и создании изображения на сетчатке. Известно, что в составе хрусталика рыб присутствуют α-, β- и γ-кристаллины, среди которых количественно преобладают γM-кристаллины, практически отсутствующие у других животных. Их присутствие и тип фолдинга, возможно, определяют высокое значение радиального градиента индекса преломления хрусталика рыб, что корректирует сферическую аберрацию. Хрусталики камерных глаз беспозвоночных гидробионтов, предположительно обладают аналогичными свойствами, которые, однако, обусловлены иным составом белков. Обладателями таких глаз являются преимущественно моллюски, главным образом брюхоногие и головоногие. В тоже время полный и точный состав кристаллинов, образующих хрусталик глаза, известен лишь для ограниченного числа животных, к которым относятся некоторые млекопитающие и Danio rerio, информация же для других рыб и моллюсков либо отсутствует полностью, либо известны лишь отдельные белки, входящие в состав хрусталика.

В базе NCBI Protein нами было обнаружено 7 групп кристаллинов для моллюсков и определены для них средние значения показателя гидрофобности (GRAVY), процентное соотношение вторичных структур белков и значения инкремента показателя преломления (dn/dc). Для сравнения аналогичные показатели были определены для кристаллинов хрусталиков рыбы D. rerio. Для некоторых кристаллинов моллюсков характерна видоспецифичность. Большинство из них, за исключением μ- и ζ-кристаллинов, являются гидрофильными белками с преобладанием ɑ-спиралей и неупорядоченных структур (coil) в качестве вторичных структур. Расчет значений dn/dc показал, что их наибольшие значения характерны для γM-кристаллинов D. rerio и единственного S-кристаллина Pomacea canaliculata. В целом сравнение упомянутых свойств кристаллинов моллюсков с таковыми белками хрусталиков D. rerio позволило предложить на роль кристаллинов хрусталиков моллюсков ɑ- и S-кристаллины.

Для дальнейшего сопоставления белков хрусталиков водных моллюсков и рыб на спектрометре Renishaw Virsa были получены спектры комбинационного рассеяния света для хрусталиков карпа Cyprinus carpio, судака Sander lucioperca, сига Coregonus lavaretus, угря Anguilla anguilla, а также моллюсков Lymnaea stagnalis и Pomacea canaliculata. Для сравнения с кристаллинами млекопитающих также был получен спектр комбинационного рассеяния хрусталика мыши Mus musculus. Для крупных хрусталиков C. carpio, S. lucioperca, M. musculus был использован лазер с длиной волны λ = 532 нм, а для меньших размеров (С. lavaretus, D. rerio, A. anguilla, L. stagnalis и P. canaliculata) – лазер с длиной волны λ = 785 нм, поскольку он обладает меньшей энергией излучения и не изменяет структуру объекта. Хрусталики помещали на кварцевую подложку и выполняли съемку спектров в области 250 – 4000 см-1. Основные различия спектров рыб и моллюсков были обнаружены в диапазоне 1000 – 2000 см-1. При этом, спектр хрусталика мыши почти не отличим от спектра хрусталиков рыб, что может свидетельствовать о схожем составе хрусталиков позвоночных животных, а именно, о присутствии γ-кристаллинов в их составе. В тоже время, аминокислотные последовательности кристаллинов этих животных имеют различия, что подтверждается наличием на спектрах рыб пика около 700 см-1, соответствующего участку C–S двух остатков метионина и отсутствующего в спектрах мыши. Однако, принципиальных различий в фолдинге белков нет, и представлен он преимущественно антипараллельными бета-листами и неупорядоченными участками, что отражается в схожей форме пиков в диапазонах амида- I от 1230 до 1280 см-1 и амида-III от 1650 до 1680 см-1.

Спектры комбинационного рассеяния света для хрусталиков моллюсков L. stagnalis и P. canaliculata значительно отличались от спектров рыб и мыши, что может быть объяснено наличием в хрусталиках таксон-специфических кристаллинов, точная принадлежность которых к определенной группе пока не известна. Так различия спектров между моллюсками и рыбами и мышью наблюдались в области 1500 – 1700 см-1. При этом самый интенсивный пик был отмечен в районе 1550 см-1 и имел большую интенсивность, чем пик амида-III – 1650 – 1680 см-1, что характерно для белков с большим количеством ɑ-спиралей или неупорядоченных структур и полным отсутствием или меньшим количеством β-листов. В дополнение наблюдался еще широкий пик в диапазоне около 1240 – 1245 см-l, характерный для неупорядоченной структуры белка. Стоит также отметить, что в спектрах моллюсков и мыши присутствует пик на 750 см-l, характеризующий наличие триптофана.

Тонкая структура хрусталиков S. lucioperca, L. stagnalis и P. canaliculata была проанализирована с помощью фазово-контрастной (Olympus IX51) и сканирующей электронной (Hitachi TM4000Plus) микроскопий. Анализ структуры срезов и поверхностей расколов позволяет заключить, что материал хрусталиков S. lucioperca имеют выраженную слоистую структуру, в отличии от гомогенных хрусталиков брюхоногих моллюсков.

В целом полученные результаты позволяют заключить, что сходные оптические задачи, стоящие перед зрением гидробионтов, возможно, решаются у рыб и моллюсков различными структурными компонентами хрусталика, которые требуют дальнейшего детального изучения.

It is assumed that the optical properties of the lenses of the camera-type eye are determined mainly by the content of crystallins in them. At the same time, in aquatic animals with camera-type eyes, the spherical lens plays a major role in refraction of light and the creation of an image on the retina. It is known that α-, β- and γ-crystallins are present in the fish lens, among which γM-crystallins quantitatively predominate, being almost absent in other animals. Their presence and the type of folding probably determine the high value of the radial gradient of the refractive index of the fish lens, which improves spherical aberration. The lens of camera-type eyes of invertebrate hydrobionts presumably possess similar properties, however, due to a different protein composition. These eyes are mainly found in molluscs, mainly in gastropods and cephalopods. At the same time, the complete and exact composition of lens-forming crystallins is known only for a limited number of animals, including some mammals and Danio rerio, while information for other fish and molluscs is either completely absent or only individual proteins are known as part of the lens.

In the NCBI Protein database, we found 7 groups of crystallins for molluscs and determined for them the Grand average of hydropathicity index (GRAVY), the percentage of secondary protein structures and refractive index increment values (dn/dc). For comparison, analogous parameters were determined for D. rerio fish lens crystallins. Some molluscs crystallins are characterized by taxon-specificity. Most of them, with the exception of μ- and ζ-crystallins, are hydrophilic proteins with the predominance of ɑ-helices and coils as secondary structures. alculation of dn/dc values showed that their highest values are characteristic of D. rerio γM-crystallins and the only S-crystallin of Pomacea canaliculata. In general, comparison of the above-mentioned properties of mollusc crystallins with those of D. rerio crystallin proteins allowed us to propose ɑ- and S-crystallins as lens crystallins of molluscs.

Further comparison of aquatic mollusc and fish lens proteins, the Raman spectra of carp Cyprinus carpio, pikeperch Sander lucioperca, freshwater whitefish Coregonus lavaretus, eel Anguilla anguilla, and molluscs Lymnaea stagnalis and Pomacea canaliculata were obtained on a Renishaw Virsa spectrometer. We also obtained a Raman spectrum of the mouse Mus musculus lens as an example of mammalian crystallins. For large C. carpio, S. lucioperca, and M. musculus lens we used a laser with wavelength λ = 532 nm, and for smaller ones (C. lavaretus, D. rerio, A. anguilla, L. stagnalis, and P. canaliculata) a laser with wavelength λ = 785 nm, since it has lower energy of radiation and does not change the object structure. The lenses were placed on a quartz substrate and spectra were taken in the region of 250 - 4000 cm-1. The main differences between the spectra of fish and molluscs were found in the range of 1000 - 2000 cm-1. In this case, the spectrum of a mouse lens is almost identical to that of a fish ones that may indicate a similar composition of the lenses of vertebrates, namely, the presence of γ-crystallins in them. At the same time, the amino acid sequences of crystallins of these animals have differences, which is confirmed by the presence of a peak at about 700 cm-1 on fish spectra corresponding to the C-S region of two methionine residues and absent in mouse spectrum. However, there are no principal differences in protein folding, and it is represented mainly by antiparallel beta-sheets and coils, which are reflected in the similar shape of peaks in the ranges of amide- I from 1230 to 1280 cm-1 and amide-III from 1650 to 1680 cm-1.

The Raman spectrum of L. stagnalis and P. canaliculata lens differed significantly from that of fish and mouse, which can be explained by the presence of taxon-specific crystallins the exact belonging of which to a particular group is not yet known. Thus, differences in the spectrum between molluscs, fish and mouse were observed in the region of 1500 - 1700 cm-1. Moreover, the most intense peak was observed in the area of 1550 cm-1 and had a greater intensity than the peak of amide-III - 1650 - 1680 cm-1, which is characteristic of proteins with a large number of ɑ-helices or coils and a complete absence or a smaller number of β-sheets. In addition, another broad peak in the range of about 1240 - 1245 cm-l was observed, characteristic of the coils of the protein. It is also noteworthy that in the spectrum of molluscs and mouse, a peak at 750 cm-l was present, indicating the presence of tryptophan.

The fine structure of S. lucioperca, L. stagnalis and P. canaliculata lenses was analyzed using phase-contrast (Olympus IX51) and scanning electron (Hitachi TM4000Plus) microscopies. Analysis of the structure of slices and surfaces of sections allows us to conclude that the material of S. lucioperca lens has a pronounced layered structure, in contrast to the homogeneous lens of gastropod molluscs.

Altogether, the obtained results allow us to conclude that similar optical tasks facing the vision of hydrobionts are probably solved in fish and molluscs by different structural components of the lens, which require further detailed study.