Новое исследование приближает нас к пониманию работы приливных часов
Почти все организмы имеют внутренние биологические часы, синхронизирующие их поведение с окружающей средой. Эндогенные биологические ритмы следуют основным циклам: 24-часовой смене дня и ночи, 12.4-часовому приливно-отливному циклу, управляемому Луной, и годовым сезонным изменениям.
Организмы на мелководье, предположительно, больше подвержены влиянию лунных и приливных циклов, чем солнечных, и поэтому демонстрируют в основном циркаприливные, а не циркадные ритмы. Циркаприливный ритм — это ~12.4-часовой ритм, следующий за приливными колебаниями.
За последнее столетие было проведено множество исследований, чтобы понять, как работают циркадные часы и какие гены в этом участвуют. Однако о молекулярной основе приливного ритма до сих пор известно очень мало.
В ходе первого в своем роде четырехлетнего транскриптомного исследования ученые Университета Бар-Илан изучили ритмичность приливного блюдечка Cellana rota. Цель — понять временной ландшафт мира с двумя сильными внешними ритмами (циркадным и приливным) и их влияние на биологические часы организма. Результаты опубликованы в журнале Scientific Reports.
Методы исследования:
- Сбор сотен тысяч изображений с помощью камеры, установленной на берегу Эйлата (Израиль), для многолетнего мониторинга поведения популяции блюдечек.
- Лабораторные эксперименты в постоянных условиях (без приливных и циркадных сигналов) для подтверждения наличия внутренних часов.
- Синхронизация ритма в аквариуме с механизмом, имитирующим приливный цикл (опрыскивание водой каждые 12.4 часа).
- Отбор проб блюдечек в Эйлате каждые 4 часа в течение 48 часов для анализа паттерна экспрессии генов с высоким разрешением.
Ключевые результаты:
- Наблюдения в природе и лаборатории подтвердили, что у блюдечек есть устойчивый приливный ритм. Циркадный компонент в их поведении проявлялся лишь в определенное время года.
- Транскриптомный анализ показал, что гораздо больше генов экспрессируются в приливном, а не в циркадном ритме.
- Ни один из основных генов циркадных часов не показал типичного циркадного ритма. Большинство из них были аритмичны.
- Некоторые гены, известные своей связью с циркадными часами (но не являющиеся их ядром), проявляли приливную ритмичность.
Выводы и значение:
Это первое столь комплексное исследование, сочетающее долгосрочные наблюдения в природе, лабораторные эксперименты и транскриптомный анализ. Полученные данные, включая список генов, возможно связанных с приливными «часами», приближают нас к пониманию этого ускользающего механизма.
Как отмечает ведущий исследователь Исраэль Шницер: «Это заставляет нас полагать, что приливные и циркадные часы — либо одно и то же, и существует определенная пластичность в том, как эти гены экспрессируются в разных условиях, либо, по крайней мере, некоторые "предполагаемые" гены циркадных часов вовлечены в оба механизма отсчета времени... хотя ядро приливных часов все еще ускользает от нас». Этот механизм, возможно, предшествовал нашим собственным циркадным часам.