Чому саме нам потрібен сон - це поки відкрите питання. Безперечно, однак, є те, що цикл сну і неспання є одним з найважливіших серед циркадних ритмів. Повторювані цикли з періодом близько 24 годин (наприклад, артеріальний тиск, температура тіла та добові коливання кількості гормонів та ферментів) допомагають організмам адаптуватися до чергування дня та ночі. Від прокаріотичних синіх водоростей до людей у ​​живих істотах є внутрішній годинник, який забезпечує циркадну періодичність, незалежну від зовнішнього середовища, яка квазіінтерпретує органи, клітини, коли день, а коли ніч. У повній темряві, в постійних умовах, внутрішній годинник «працює вільно», тобто він встановлює цикл близько 23-25 ​​годин, але параметри зовнішнього середовища, що називаються Zeitgeber, здатні точно налаштувати період часу.

коли

У хребетних основним внутрішнім годинником є ​​гіпоталамус супраказматичний магі (SCN, nucelus suprachiasmaticus), при відмові від якого всі циркадні ритми припиняються. Деякі органи людини (такі як стравохід, легені, печінка, селезінка, нирки, тимус та шкіра) мають незалежні циркадні ритми, координовані «господарем», СКН. Він періодично експресується в клітинах SCN для контролю циркадного ритму Годинник (Клк) і Період2 (За2). У ссавців інформація з світлочутливих гангліозних клітин сітківки, що містить меланопсин, надходить безпосередньо в супраказматичне ядро ​​під з’єднанням зорового нерва. У інших хребетних, крім сітківки, є навіть світлочутливі клітини в певних областях мозку (включаючи епіфіз), які, ймовірно, беруть однакову участь у точній настройці внутрішнього годинника.

Дослідницька група Ніка Фоулкса вивчає циркадні ритми на даніо. Щоб точно з’ясувати, за яким механізмом світло синхронізує внутрішній годинник, сомалійську печерну рибу порівняли з даниною, яка також належить коропу, але за кілька мільйонів років, проведених у печерах, повністю пристосувалася до темряви. Phreatichthys andruzzii, показаний на малюнку B, демонструє надзвичайну трогломорфну ​​адаптацію, не має лусочок, непігментовану шкіру та регресує ініціативу ока на ранніх стадіях індивідуального розвитку. У той час як дорослі даніо показували характерний час денно-залежної поведінки в експериментальних умовах від 12 год світла до 12 год темряви (12–12 LD) (рис. E), поведінка Phreatichthys виявилася абсолютно випадковою (рис. F). Вивчаючи експресію світла та внутрішніх генів, регульованих годинником (Per2, Cry1a, Cry5 та Clk1a, Clk2, Per1, Per1b) у дорослих, ембріонів риб та ізольованих клітин, виявлено однакову різницю між двома видами риб (малюнки G, H, I, J).), Навіть у перший день індивідуального розвитку, коли ініціатива ока все ще присутня у риб, які згодом сліпнуть.

Виходячи з результатів, насправді не було очевидно, що у печерних риб бракував власного внутрішнього годинника або він просто не синхронізувався світлом. Щоб вирішити це, був перевірений ефект періодичного появи їжі, загальноприйнятої альтернативної Zeitgeber: обидва типи риб годувались строго за розкладом, перебуваючи в постійній темряві протягом 30 днів. Як данини, так і печерні риби активізувались із наближенням часу годівлі, виявляючи так звану активність в очікуванні їжі (FAA). Вивчаючи явище на молекулярному рівні, було встановлено, що годинник і за генами можуть бути синхронізовані в повній темряві завдяки періодичній доступності їжі як у даніо (малюнки B, D, і F), ​​так і у печерних риб (малюнки C, E, та G).

Один, даніо per1b Дексаметазон (агоніст глюкокортикоїдів) зміг забезпечити періодичну експресію люциферази через 43 години, але не в циркадний період. Все це показує, що сліпий Phreatichthys andruzzii, що мешкає в печері, має внутрішній годинник, але він сильно відрізняється від середнього, до того ж він залежить від температури і на нього не може впливати світло. Потім автори систематично перевіряли, що саме було причиною останнього явища. Нарешті, було виявлено, що світлочутливі молекули, що виробляються у сліпих риб, а саме меланопсин та ТМТ-опсин, містять мутацію, яка не має своєї області світлочутливості і, отже, не реагує спеціально на світло (частина А на малюнку нижче). Коли відповідні білки даніо також експресувались за допомогою вищезазначеної репортерної конструкції в клітинах МВ, вони змогли отримати світлозалежну активність люциферази (C і D) [2].

Під час адаптації до близько 2 мільйонів років повної темряви та постійних температурних умов внутрішній годинник у Phreatichthys andruzzii набув незвичних властивостей: за відсутності синхронізації світла час його періоду майже подвоївся або він втратив свою термостабільність. Мутації, які можуть виявитися шкідливими для тих, хто живе на земній поверхні, такі як зупинка мутацій, що впливають на світлочутливі молекули, у своєму випадку нейтральні і не були обрані під час еволюції. Єдиною змінною в житті цих печерних риб є, мабуть, наявність їжі, тому, швидше за все, вони мають еволюційну перевагу в тому, що внутрішній годинник може бути синхронізований з ним. Тож печерні риби, швидше за все, сплять, коли їм просто нічого їсти.