3 роки тому 530 Перегляди
Кредити зображення: Калеб Джонс.
Майже всі організми мають внутрішній біологічний годинник, який синхронізує їх поведінку із середовищем, в якому вони живуть.
Ендогенні біологічні годинники дотримуються основних циклічних ритмів: 24-годинний перехід із сонячним впливом вдень та вночі, 12,4-годинний приплив, що піднімається та падає, що регулюється місячним циклом та щорічними сезонними змінами.
Всебічне дослідження ритмічності ліпетів - рухливих міжплиткових молюсків - за допомогою польових та лабораторних спостережень та встановлення годинниково-орієнтованого транскриптома - показує, що так само, як ці тварини поводяться з приливним ритмом, так і більшість ваших генів виражаються в припливному (а не циркадному) ритмі, включаючи деякі гени, які, як вважалося, відіграють важливу роль у циркадні годинники/часи.
На організми, які мешкають на мілководді, імовірно впливають місячні та припливні цикли більшою мірою, ніж сонячні.
Як випливає з назви, ритмічний цикл (приблизно) припливу - це ритм
Через 12,4 години після коливання припливу з припливами та відливами, які чергуються приблизно кожні шість годин.
Отже, організми, що містять припливи, часто покриваються водою частину дня, а інший час піддаються впливу. Еволюціонувавши в такому типі середовища, це, мабуть, було дуже сильною рушійною силою для них, щоб адаптувати ендогенний припливний годинник.
Незліченні дослідження, проведені за минуле століття, допомогли скласти всебічне розуміння того, як працює циркадний годинник і, що ще важливіше, які гени беруть участь у його тиканні.
Ці дослідження проводились переважно в загальних біологічних модельних організмах, але за останні роки розширились і в інших видах «реального світу», таких як тропічні корали, деревні мавпи та багато інших із великих біотопів.
Життя на суші розпочало свою подорож у морі, мабуть, під сильним впливом припливного циклу, який, можливо, продовжувався розвиватися протягом 24-годинного циклу.
Отже, щоб зрозуміти, як працює час, важливо спочатку зрозуміти, як він працює в морі, особливо на мілководді.
У транскриптомічному дослідженні, першому у своєму роді, проведеному протягом чотирьох років, дослідники з Університету Бар-Ілан вирішили детально вивчити ритмічність «Целлани» - проміжного припливу.
Метою цього дослідження було використовувати його для розуміння часового ландшафту світу, який проявляється двома сильними екзогенними ритмами, циркадним та припливним циклами, та їх впливу на біологічні годинники організму.
На сьогоднішній день в цій області проведено дуже мало досліджень, і про молекулярні основи припливної ритмічності досі мало або нічого не відомо.
Результати їхніх висновків нещодавно були опубліковані в журналі Scientific Reports.
Протягом усього дослідження вчені зібрали сотні тисяч зображень за допомогою камери, розміщеної біля узбережжя Ейлата на півдні Ізраїлю.
Налаштування камери стежило за популяцією наїжків протягом декількох років, вдень і вночі.
Небагато досліджень проводили довготривалі зразки поведінки тварин у такій складній обстановці, як приливна зона.
Частини цих даних були кількісно виражені, показуючи, що ці кульгаби мають сильний припливний ритм і, що цікаво, демонструють циркадну складову своєї поведінки лише в певний час року.
Потім дослідники вилучили кульгавих з їх природного середовища існування під час припливів і відливів і доставили їх у лабораторію, де вони утримувались у постійних умовах, тобто без припливів або циркадних сигналів, щоб встановити, що вони насправді мають внутрішній годинник, а не просто поводьтеся в гармонії з підйомом і спадом припливів.
Дослідники правильно передбачили, що якби організм мав внутрішній годинник, він продовжував би поводитися як приплив у лабораторії, і вони це зробили.
Ліпети витримувались у таких постійних умовах протягом довших періодів часу, щоб десинхронізувати їх ритм.
Потім дослідники створили акваріум з новим механізмом, який обприскував їх водою кожні 12,4 години, імітуючи припливний цикл.
Ця процедура ще раз затягнула кульгаві з такою швидкістю, що імітує те, чому вони стикаються в природі.
“Ми встановили, що лімпети мають припливний ритм. В лабораторних умовах вони взагалі не враховували денний та нічний цикли », - каже Ізраель Шніцер з наукового факультету університету Бар-Ілана. який проводив дослідження в рамках докторської дисертації під керівництвом професора Яіра Ачитува та професора Орена Леві.
Потім дослідники поверталися в Ейлат і кожні чотири години протягом двох годин двічі брали проби з скелі.
Вони хотіли отримати вибірку з високою роздільною здатністю, яка допоможе розшифрувати схему експресії генів лімпетів з часом.
Дослідники працювали у співпраці з доктором Малі Салмон-Дівон з Університету Аріеля, а також Хібою Вальдман Бен Ашер з Університету Бар-Ілан, який склав стенограму.
"Ми виявили, що набагато більше генів виражається в припливному ритмі, а не в циркадному ритмі, що не дивно, виходячи з того, що ми бачили в морі та в лабораторії", - говорить Шніцер.
Це на відміну від попередніх досліджень, які припускали, що навіть у припливній зоні циркадний цикл є домінуючим.
Що ще важливіше, дослідники виявили, що жоден із генів центральних циркадних годинників не виявляв типового циркадного ритму.
Вони в основному були аритмічними - спостереження, яке спостерігали інші, хто вивчав немодельні морські організми, особливо ті, що мешкають у приливній зоні.
Однак вони виявили, що деякі гени, які, як відомо, мають зв'язок з циркадним годинником, хоча і не в його ядрі, мають приливний ритм.
"Це змушує нас думати, що припливні та циркадні годинники є одними і тими самими, і що існує певна пластичність у тому, як ці гени експресуються в різних умовах навколишнього середовища, або що принаймні деякі" передбачувані "гени циркадних годин задіяні в обох механізмах синхронізації, але ядро цунамі все одно уникає нас ... ", - говорить Шніцер.
На сьогоднішній день ці дослідники першими провели дослідження настільки всебічне, що воно поєднує в собі тривалі спостереження в природі, а також транскриптомічні дослідження, підтримані лабораторією.
Вони надали більше підказок, включаючи контрольний список генів, можливо підключених до приливного "годинника", які роблять нас на крок ближче до розуміння того, як працює цей невловимий механізм, який, як зазначалося вище, можливо, передує нашим годинникам.