Биологические ритмы, находящиеся под влиянием света, многое говорят о здоровье

В течение нескольких дней после каждого ноябрьского полнолуния на Большом Барьерном рифе в Австралии происходит чудесное зрелище: кораллы выпускают в воду миллиарды яиц и сперматозоидов, которые объединяются, образуя свободно плавающие личинки. В конечном итоге они оседают, создавая новые колонии кораллов.

Кораллы — не единственные существа, способные синхронизировать размножение при свете луны. Такие ритмы обычно управляются окололунными часами — формой биологических часов, контролируемых белком, настроенных на 29,5-дневный цикл между новолуниями.

Синхронизации

У большинства многоклеточных организмов есть (или считается, что они имеют) какие-то встроенные биологические часы, и многие важные процессы, включая питание и размножение, зависят от точного времени. Способность оставаться «синхронизированной» является ключом к выживанию.

«Понимание того, как работает связанная во времени взаимосвязь особей внутри и между видами, имеет решающее значение для экологически стабильных систем», — сказала профессор Кристин Тессмар-Райбле, нейробиолог из Венского университета в Австрии.

Другая, возможно, более знакомая форма биологических часов – циркадные – модулирует ежедневный 24-часовой цикл сна и бодрствования в ответ на сигналы окружающей среды, такие как свет и температура. Название часов происходит от латинских слов «circa», что означает «вокруг», и «dies», что означает «день».

Эта сложная система регулирует все: от сна и пищеварения до обмена веществ и настроения. Исследователи проливают свет на факторы окружающей среды, которые могут нарушить синхронизацию этих биологических ритмов.

Но многое в «хронобиологии» остается неизвестным, включая механизмы, задействованные на генетическом и молекулярном уровне.

Лунные сигналы

Чтобы копнуть глубже, Тессмар-Райбл изучает окололунные ритмы у обитающих в океане животных в рамках финансируемого ЕС проекта Mari.Time, который продлится пять лет до 2024 года.

Многие гормоны изучаемых нами видов червей имеют близкородственные человеческие аналоги.

Одним из ее объектов является морской щетинковый червь Platynereis dumerilii, обитающий в прибрежных водах от умеренных до тропических морей.

«Самый большой вывод на данный момент заключается в том, что мы обнаружили фоторецептор – или светочувствительную клетку – которая предоставляет организму информацию о типе света и продолжительности лунного света на небе», – сказала Тессмар-Райбле.

Белок L-Cry, выявленный исследователями, принадлежит к группе светочувствительных молекул, называемых криптохромами. Белок важен, потому что он может помочь объяснить, как организмы могут синхронизироваться с определенной фазой Луны.

Исследование предполагает, что L-Cry действует как привратник, который позволяет только «правильному» свету воздействовать на червей. Он также может различать уровни освещенности в разные лунные фазы, а также между солнечным и лунным светом.

«Это может объяснить, как отдельные черви способны синхронизировать свои окололунные часы с одной и той же фазой Луны», — сказал Тессмар-Райбле. «Мы обнаружили, что лунный свет, помимо его роли в ежемесячном графике, также определяет точный час начала ночного роения в самые темные времена ночи, вероятно, для оптимизации выживания и размножения».

Мы надеемся, что Mari.Time предложит свежие подсказки о том, как влияние человека, такое как искусственное освещение и изменение климата, влияет на стабильность экосистем, и предложит способы уменьшить последствия.

Проект может даже помочь в исследованиях здоровья человека, учитывая растущее количество доказательств того, что Луна влияет на такие вещи, как сон и депрессия.

«Многие гормоны у видов червей, которые мы изучаем, имеют близкородственные человеческие аналоги», — сказал Тессмар-Райбл.

Она сказала, что исследование механизмов лунного цикла у морских видов может улучшить понимание других месячных закономерностей. К ним относятся менструальный цикл и характер настроения при некоторых психических расстройствах.

Ночь и день

Профессор Йоханна Мейер, которая исследует биологические часы в Лейденском университете в Нидерландах, изучает циркадные ритмы у животных более 30 лет.