Ритмы жизни: как морские черви синхронизируют размножение с лунным циклом
Исследовательская платформа «Морские ритмы жизни» в Max F. Perutz Laboratories Венского университета изучает молекулярные механизмы, лежащие в основе синхронизации биологических ритмов с лунным циклом у морских животных.
Любовь по лунному календарю червя Platynereis
Для морского многощетинкового червя Platynereis dumerilii точное время решает всё в вопросах размножения. Поскольку их половые клетки выделяются в воду, самцам и самкам необходимо встретиться в одном месте в одно время. Феромоны, которые они выделяют для привлечения партнёра, действуют лишь на коротких дистанциях.
Ещё в 1911 году было показано, что репродуктивный ритм Platynereis синхронизирован с фазами луны. Команда Кристин Тесмар-Райбль исследует, как работает эта синхронизация на молекулярном уровне.
Platynereis способен обнаруживать синий, зелёный и жёлтый свет полной луны на глубине до десяти метров. С помощью методов молекулярной генетики исследователи идентифицировали четыре потенциальных рецептора лунного света. Это технический прорыв, позволяющий определить, какие именно клетки и гены отвечают за его детекцию. Результаты были опубликованы в PNAS.
От комаров к плодовым мушкам
Платформа также изучает морского комара Clunio marinus, который, в отличие от Platynereis, развил «лунные часы» сравнительно недавно — около 20 000 лет назад. Учёные отсеквенировали его геном и определили области, связанные с регуляцией месячных и суточных ритмов. Следующая задача — выяснить, какие гены регулируют лунные, а какие — солнечные (суточные) часы.
Поскольку методы работы с Clunio ещё не разработаны, нейробиолог Томас Хуммель исследует кандидатные гены, найденные у комара, на классическом модельном организме — плодовой мушке Drosophila.
Гормоны, чувствительные к свету
Ключевую роль в 24-часовых ритмах у многих организмов, включая человека, играет гормон мелатонин. Исследовательская группа Флориана Райбля показала, что ферменты, синтезирующие этот гормон, присутствуют у Platynereis и, по-видимому, тесно связаны с месячным лунным ритмом.
Интересно, что мелатонин обнаруживается в непосредственной близости от фоторецепторов, которые считаются рецепторами лунного света. Точную роль гормона в этом процессе изучают с помощью масс-спектрометрии.
Междисциплинарный подход и будущее
Кристин Тесмар-Райбль подчёркивает важность междисциплинарности платформы, которая объединяет специалистов в области нейробиологии, генетики, биоинформатики и аналитической химии. Недавно её команда опубликовала в PLOS Biology работу о влиянии света на интернейроны (клетки, обрабатывающие информацию) в мозге рыб.
Платформа также поддерживает молодых учёных: в проекте заняты два международных аспиранта и один постдок. Название «Морские ритмы жизни» было предложено в рамках европейского проекта «EuroMarine», а исследование ритмов, влияющих на жизнь морских видов, стало одним из ключевых пунктов в рекомендациях по развитию морских исследований в программе ЕС Horizon 2020.