Что морские комары-звонцы могут рассказать о часах и календарях

Некровососущий морской комар-звонец Clunio marinus обитает у побережий Европы, сформированных приливами, где точный расчёт времени имеет жизненно важное значение. Размножение и откладка яиц должны происходить в самый низкий отлив. На приливы, а значит и на время отлива, влияют и солнце, и луна. Чтобы предвидеть идеальное время для размножения, Clunio имеет двое внутренних часов: циркадные (суточные) часы, сравнимые с будильником, которые настраиваются солнцем, и циркалунные (месячные) часы, сравнимые с календарём, настраиваемые луной.

Из-за географических причин время отливов различается в разных локациях. Поэтому комарам необходимо «настраивать» свои часы в соответствии с местоположением. Учёные ещё в 1960-х годах обнаружили, что комары, живущие на побережье Атлантического океана, генетически адаптировали свои циркадные часы к местному времени приливов.

Кристин Тессмар-Райбле и её команда исследовали, как такие адаптации могут происходить на молекулярном уровне. Работу возглавил постдок Тобиас Кайзер, который ранее уже выяснил, что аналогичные адаптации верны и для циркалунных часов.

Тобиас секвенировал и сравнил разные геномы Clunio в тесном сотрудничестве с группой Арндта фон Хезелера. Это позволило исследователям выявить геномные последовательности, которые, вероятно, лежат в основе различий в циркадном и циркалунном отсчёте времени. Дальнейшая молекулярная работа с участием аспиранта VBC Биргит Пён и сотрудничество с группами Томаса Хуммеля (Факультет наук о жизни, Венский университет) и Флориана Хейда (Свободный университет Берлина, Германия) позволили создать первую механистическую модель того, как такие молекулярные адаптации могут приводить к различиям в циркадном времени.

Результаты исследователей указывают на то, что специфический белок, называемый кальций/кальмодулин-зависимая протеинкиназа II (CaMKII), является главным эффектором адаптации циркадных часов к географической среде. «Различные варианты CaMKII, по-видимому, заставляют циркадные часы идти либо быстрее, либо медленнее, — объясняет Тессмар-Райбле. — И, конечно, интересный аспект в том, что этот белок, который мало изменился в ходе эволюции, также можно найти у людей. Возникает вопрос, может ли CaMKII также играть роль в хронотипах человека».

Примечательно, что белок CaMKII является одним из самых распространённых белков в человеческом мозге и уже был связан с нейропсихиатрическими расстройствами, которые часто сопутствуют нарушениям циркадных ритмов. «Наше исследование поднимает множество интригующих вопросов — помимо модуляции циркадных часов, оно также предлагает молекулярных кандидатов для модуляции «внутреннего календаря», лунных часов. И в понимании этих часов мы всё ещё находимся в самом начале», — комментирует Тобиас Кайзер. Он продолжит изучать этот вопрос со своей группой в Институте эволюционной биологии Макса Планка в Плёне.