Влияние света на биологические ритмы: ключ к здоровью животных и человека

Жизненные циклы, синхронизированные с природой, помогают животным и людям сохранять здоровье.

После каждого ноябрьского полнолуния в течение нескольких дней на Большом Барьерном рифе происходит удивительное зрелище: кораллы выпускают в воду миллиарды яйцеклеток и сперматозоидов, которые объединяются, образуя свободноплавающие личинки. Это пример синхронизации размножения по лунному свету, управляемой циркалунарными часами — биологическими часами, настроенными на 29,5-дневный лунный цикл.

Синхронизация с природой

Большинство многоклеточных организмов обладают встроенными биологическими часами. Способность оставаться «в синхронизации» критически важна для выживания, так как от точного времени зависят питание, размножение и другие процессы.

Более знакомые циркадные ритмы регулируют 24-часовой цикл сна и бодрствования в ответ на свет и температуру. Эта сложная система управляет сном, пищеварением, метаболизмом и настроением.

Сигналы лунного света

В рамках проекта Mari.Time (до 2024 года) изучаются циркалунарные ритмы у морских животных, например, у многощетинкового червя Platynereis dumerilii.

Ключевое открытие: идентифицирован светочувствительный белок L-Cry (криптохром), который действует как «привратник»:

• Различает солнечный и лунный свет.
• Определяет уровень освещённости в разные лунные фазы.
• Позволяет червям синхронизировать свои часы с одной и той же фазой луны и планировать размножение на самое тёмное время ночи для оптимизации выживания.

Исследование может помочь понять влияние искусственного света и изменения климата на экосистемы, а также пролить свет на здоровье человека, учитывая влияние луны на сон и депрессию и наличие у изученных червей гормонов, родственных человеческим.

Ночь и день

Проект DiurnalHealth исследует различия циркадных ритмов у дневных (как человек) и ночных (как лабораторные мыши) видов.

Циркадные ритмы регулируются главными часами организма — супрахиазматическим ядром (SCN) в гипоталамусе, чувствительным к свету.

Нарушение работы SCN (из-за смены часовых поясов или ночной работы) может приводить к расстройствам сна, депрессии, диабету и даже раку.

Новые данные по дневным грызунам:

• Клетки их SCN менее чувствительны к свету, чем у ночных видов. Дневным животным и людям для синхронизации часов нужно больше света.
• Свет сильнее влияет на синтез серотонина у дневных крыс, что может иметь значение для понимания депрессии у человека.
• На циркадные часы влияет не только синий свет, но и зелёный и оранжевый. Только фиолетовый свет показал минимальное воздействие.

Поведение (физическая активность) также является частью обратной связи, укрепляющей внутренние часы.

Значение для планеты

Исследования раскрывают тонкие механизмы биологических часов. Результаты могут привести к новым рекомендациям по улучшению образа жизни и защите природной среды.

Световое загрязнение представляет угрозу: «После миллиардов лет эволюции свето-тёмный цикл полезен для животных. Сейчас мы заливаем Землю светом, как будто это безвредно — но это не так».