Циркадные часы у слепой рыбы

Сохраняют ли животные, эволюционировавшие миллионы лет под землёй в полной изоляции от цикла день-ночь, "чувство времени"? Сохраняются ли нормальные циркадные часы в ходе эволюции в условиях постоянной темноты? Новое исследование напрямую изучает эти фундаментальные вопросы на примере вида пещерной рыбы Phreatichthys andruzzii, которая жила в изоляции 2 миллиона лет под пустыней Сомали. Многие виды рыб эволюционировали в отсутствие солнечного света в пещерных системах по всему миру, демонстрируя общий набор поразительных адаптаций, включая потерю глаз. Новое исследование, опубликованное 6 сентября в открытом онлайн-журнале PLoS Biology, сообщает, что у этой пещерной рыбы необычные циркадные часы: они "тикают" с чрезвычайно длинным периодом (до 47 часов) и полностью слепы к свету.

Циркадные часы — высококонсервативный физиологический механизм отсчёта времени, позволяющий организмам предвосхищать и адаптироваться к циклу день-ночь. Поскольку их период не равен в точности 24 часам, жизненно важно ежедневно сбрасывать их с помощью таких сигналов, как свет, чтобы оставаться синхронизированными с суточным циклом. Молекулярные механизмы, с помощью которых свет регулирует часы, остаются малоизученными. Рыбы стали полезной моделью для изучения этого, поскольку в большинстве их тканей прямой свет сбрасывает часы. Это отличается от ситуации у млекопитающих, где свет регулирует часы только косвенно, через глаза. Однако идентичность фоторецепторов, которые должны быть широко экспрессированы в тканях рыб, оставалась загадкой.

"Пещерные рыбы дают нам уникальную возможность понять, насколько глубоко солнечный свет повлиял на нашу эволюцию", — объясняет соавтор исследования Кристиано Бертолуччи. Авторы начали со сравнения циркадных часов слепой сомалийской пещерной рыбы с часами "нормальной" рыбы — данио-рерио. Они изучали двигательную активность и экспрессию часовых генов у обоих видов при воздействии цикла свет-темнота. В то время как у данио-рерио был обнаружен устойчивый циркадный ритм, синхронизированный со световым циклом, у пещерной рыбы ритмичность не была обнаружена. Однако в аналогичном исследовании, где обе рыбы подвергались альтернативному временному сигналу — регулярному времени кормления, — и данио-рерио, и пещерная рыба демонстрировали циркадную ритмичность. Таким образом, был сделан вывод, что у пещерной рыбы всё ещё есть часы, которые могут регулироваться поведением при кормлении, но не могут сбрасываться светом. В более детальном исследовании удалось показать, что у пещерной рыбы сохраняются часы, тикающие с аномально длинным периодом. Примечательно, что также было обнаружено, что отсутствие их сброса светом связано не с потерей глаз у этой рыбы, а с мутациями в двух широко экспрессируемых опсиновых фоторецепторах, которые делают часы в большинстве тканей неспособными реагировать на свет.

"Эта работа имеет большое значение для двух основных областей интереса", — объясняет другой соавтор исследования Николас Фоулкс. "Во-первых, она даёт новое увлекательное представление о том, как эволюция в постоянной темноте влияет на физиологию животных. В то время как большинство детальных молекулярных исследований пещерных рыб было сосредоточено на механизмах, лежащих в основе потери глаз, очень мало известно о других, более широких адаптациях к жизни без солнечного света. Во-вторых, эта работа предоставляет первые генетические доказательства идентичности широко экспрессируемых фоторецепторов у рыб. Это исследование закладывает основу для более полного понимания того, как часы реагируют на окружающую среду".