Как биологические часы сохраняют точность в меняющейся среде: подсказки от зелёной водоросли

Французские исследователи обнаружили механизм, объясняющий, как биологические часы точно синхронизируются с циклом день/ночь, несмотря на значительные колебания интенсивности света в течение дня и от дня к дню.

Ключевые открытия:

• Исследование сосредоточено на двух центральных "генах часов" зелёной водоросли Ostreococcus tauri.
• Математическая модель, воспроизводящая их суточные профили активности, показала, что внутренние часы водоросли подвержены влиянию естественно меняющегося уровня освещённости только в те периоды, когда им требуется сброс (подстройка).

Механизм работы:

• Циркадные часы Ostreococcus используют простую, но эффективную стратегию для защиты от помех, вызванных колебаниями дневного света (например, из-за облачности).
• Чувствительность к свету ограничена определённым временем суток.
• В модели, как и в экспериментах, эта способность инактивируется, когда часы синхронизированы с циклом день/ночь, но сбрасывает часы, когда они выходят из фазы.

Принцип "качелей":

• Световое восприятие активируется только тогда, когда основной осциллятор, управляющий часами, "слеп" к возмущениям и вариациям.
• Ответ периодического движения на возмущение сильно зависит от времени его приложения (как при раскачивании качелей).
• Благодаря этому часы нечувствительны к свету и его колебаниям, когда идут точно. Если же они рассинхронизируются, свет будет воздействовать на них в другой фазе цикла, вызывая корректирующий отклик для возврата к правильному времени.

Исследование проведено биологами Океанологической обсерватории Университета Париж 6 (Баньюль, Франция) и физиками Университета Лилль 1 совместно с Национальным центром научных исследований (CNRS). Результаты опубликованы 11 ноября в журнале с открытым доступом PLoS Computational Biology.