Бактерии предвидят смену сезонов благодаря своим внутренним часам

Бактерии используют свои внутренние 24-часовые часы, чтобы предвосхищать наступление новых сезонов. Это открытие может иметь важные последствия для понимания роли циркадных ритмов в адаптации видов к изменению климата.

Эксперимент с «ледяным вызовом»

Исследователи подвергли популяции цианобактерий (сине-зелёных водорослей) воздействию разной искусственной продолжительности дня при постоянной тёплой температуре:

• Короткие дни: 8 часов света, 16 часов темноты.
• Дни равноденствия: равное количество света и темноты.
• Длинные дни.

После восьми дней такой подготовки бактерии погружали в лёд на два часа и отслеживали выживаемость.

Ключевые результаты

• Колонии, подготовленные серией коротких дней, показали выживаемость до 75% — в три раза выше, чем у неподготовленных.
• Одного короткого дня было недостаточно для повышения устойчивости к холоду. Значительное улучшение выживаемости наблюдалось только после нескольких (оптимально 6–8) коротких дней.
• У цианобактерий с «выключенными» генами биологических часов выживаемость была одинаковой независимо от длины дня. Это доказывает, что именно фотопериодизм (способность измерять цикл день-ночь и менять физиологию в преддверии сезона) критически важен для подготовки к долгосрочным изменениям среды.

Значение открытия

«Результаты показывают, что бактерии в природе используют свои внутренние часы для измерения длины дня, и когда количество коротких дней достигает определённой точки, как осенью, они "переключаются" на другую физиологию в предчувствии зимних испытаний», — пояснила ведущий автор исследования доктор Луиза Джаббур.

Исследование, опубликованное в журнале Science, впервые показало, что фотопериодизм у бактерий эволюционировал для предвосхищения сезонных сигналов.

Будущие исследования и перспективы

Возникает ключевой вопрос: как организм со сроком жизни от 6 до 24 часов эволюционировал механизм, позволяющий не просто реагировать, а предвидеть будущие условия?

«Это похоже на то, что они передают сигнал своим дочерним и внучатым клеткам: "Дни становятся короче, нужно что-то делать"», — говорит доктор Джаббур.

Дальнейшая работа будет сосредоточена на понимании молекулярных систем памяти, с помощью которых информация передаётся из поколения в поколение. Учёные исследуют гипотезу, что накопление определённых соединений за ночь в короткие дни действует как молекулярный переключатель, запускающий переход к другой физиологии.

Цианобактерии будут использоваться как быстро размножающийся модельный вид для изучения того, как фотопериодические реакции могут эволюционировать у других видов в условиях изменения климама, с потенциальным применением к важным сельскохозяйственным культурам.