Гавайский кальмар Euprymna scolopes (или, если угодно, каракатица; Euprymna scolopes занимают место между этими двумя отрядами головоногих) умеет светиться в темноте благодаря симбиотическим бактериям. Считается, что бактериальное освещение помогает моллюску маскироваться от хищников. Из-за подсветки животное сливается с фоном, если смотреть из тёмной глубины вверх, в более светлые воды, в которых кальмар и охотится. Однако роль светящихся симбионтов этим не ограничивается: как выяснили учёные из Университета штата Висконсин в Мэдисоне (США), светящиеся бактерии не только помогают кальмарам спрятаться от хищника: они в буквальном смысле настраивают моллюску его биологические часы.

Кальмары (или каракатицы) E. scolopes сверяют свои биологические часы с бактериальными. (Фото Jeff Milisen.)У всех животных есть специальные гены для сверки внутреннего суточного ритма с внешними условиями. Эти гены кодируют специальные белки, которые «понимают» визуальные данные о том, день или ночь сейчас снаружи, и в соответствии с этим настраивают молекулярные пружины внутренних часов. У Euprymna scolopes таких генов два, они кодируют белки криптохромы (CRY). Один из криптохромов работает в голове, поближе к мозгу и органам чувств (что не удивительно: обычно у животных регуляторные белки циркадного ритма синтезируются поближе к центральной нервной системе). Однако другой белок, как выяснили Маргарет Макфолл-Нгай и её коллеги, активнее всего синтезируется в светящихся органах кальмара, где живут биолюминесцентные бактерии. Причём активность второго гена, названного escry1, соответствовала не переменам в дневном освещении, а циклу биолюминесценции (светиться кальмар начинает с наступлением ночи, когда выходит на охоту).

Эксперименты показали, что бактерии важны для циклических изменений активности гена escry1: без них активность гена не менялась. Причём дело было именно в бактериях, а не в свете, потому что безбактериальная имитация свечения никак на ген не влияла. Однако, если в кальмаре поселялись дефектные бактерии, неспособные к свечению, то и суточный ритм у гена отказывал. Если же к этим «неправильным» бактериям добавляли искусственную люминесценцию, то ритмическая активность возвращалась к гену.

Исследователи предположили, что всё дело в каких-то поверхностных молекулах. И гипотеза отчасти подтвердилась: если в воду к моллюскам добавляли поверхностные бактериальные маркеры и снабжали кальмаров искусственной люминесценцией, то ритмическая активность у гена escry1 до какой-то степени восстанавливалась. Возможно, как полагают зоологи, если бактерии находятся прямо внутри светящихся органов, это даёт им более непосредственный контакт с кальмаром и позволяет чётче настраивать биологические часы хозяина.

Результаты экспериментов будут опубликованы в журнале mBio.

Учёные уже обращали внимание на то, что суточные ритмы Euprymna scolopes и их бактерий синхронизированы. Но никто не думал, что у бактерий тут может быть такая большая роль, что они способны указывать таким важным хозяйским генам, когда им активничать, а когда — отдыхать. По словам авторов работы, возможно, это не уникальный случай, а общая в живой природе практика. Скажем, наша кишечная микрофлора и так влияет на всё что можно, от иммунитета до беременности, так почему бы ей не воздействовать ещё и на наши биологические часы?

Источник: КОМПЬЮЛЕНТА

Больше подробностей о работе биологических часов нашего организма решили выяснить генетики Еврейского университета в Иерусалиме (Hebrew University of Jerusalem). Обширное исследование показало, что всего одна необычная молекула может играть ведущую роль в управлении ритмами.

В пресс-релизе университета отмечено, что в ходе проведённой работы израильскими учёными были разработаны совершенно новые методы исследований клеток на молекулярном уровне (фото Hebrew University) Около 150 лет учёным известно о существовании циркадных ритмов (circadian rhythm) – внутреннем хронометре, отсчитывающем сутки и позволяющем не сбиваться с хода всем процессам организма. С тех пор было установлено, что почти все живые существа Земли обладают этими биологическими часами.

Недавно было открыто, что у млекопитающих "тикающий механизм" расположен в мозгу. Однако процессы были изучены лишь на уровне клеток, глубже никто из учёных пока не пробрался.
И вот появилась новая работа доктора Себастиана Каденера (Sebastian Kadener) и Ури Вейссбейна (Uri Weissbein), обнаруживших, что миниатюрные молекулы микроРНК играют во всём этом процессе ключевую роль.

Исследователи проверили деятельность нейронов во время циклов сна-бодрствования мушек-дрозофил (механизмы работы их биологических часов почти не отличаются от человеческих). Особые клетки мозга довольно точно отсчитывают время при помощи сложного механизма активации и дезактивации генов.

Помогают им в этом именно молекулы микроРНК, установили израильтяне. Их обнаружили относительно недавно, но уже определена причастность молекул к многим процессам, идущим в живых организмах. В данном исследовании было обнаружено, что распознаванием и регулировкой циркадных ритмов занимается особая микроРНК под названием bantam.

Более подробно о том, что было сделано учёными, можно узнать из статьи в журнале Genes and Development. Читайте также о биологических часах, отсчитывающих 8-часовые и 12-часовые циклы, о том, как сутки однажды удлинили до 25 часов, а ещё об искусственном живом хронометре.

Источник: MEMBRANA

    Важный элемент, помогающий подстраивать под циркадный ритм различные ткани и органы, идентифицировали учёные из Северо-Западного (Northwestern) и Техасского (UT Southwestern) университетов.

Детали новых опытов учёные изложили в статье в Science (фото с сайта thehouseofrayne.co.uk) Биологи давно знают, что у теплокровных существ происходит небольшое суточное колебание температуры тела. Это всегда считалось одной из реакций организма на команды биологических часов. Однако опыты, проведённые в Техасе, показали, что такое представление весьма не точное. Как гласит пресс-релиз, на деле всё наоборот: это температура управляет циркадными ритмами в клетках.

Главные часы организма – область мозга, называемая супрахиазматическим ядром (SCN). Внутри него есть клетки-часы, ведущие отсчёт благодаря активации и дезактивации генов (им помогают микроРНК)Cчитается, что супрахиазматическое ядро в гипоталамусе рассылает по организму сигналы, синхронизирующие внутриклеточные часы. Но теперь доктор Джозеф Такахаси (Joseph Takahashi) и его коллеги внесли существенное уточнение: SCN посылает сигнал, устанавливающий температуру тела. А уже в ответ на её изменение остальные клетки подстраивают свои процессы.

Это удалось узнать благодаря экспериментам с культурой клеток мышей. Учёные нашли, что гены, отвечающие за включение и выключение разных суточных функций, контролируются сменой температуры. Но при этом клетки SCN на колебания температуры не реагируют. Понятно почему: в противном случае обратная связь разрушила бы ход часов.

По словам Такахаси, эта система управления циркадными ритмами может представлять собой модификацию гораздо более древней, появившейся ещё у холоднокровных существ. У них многие процессы зависят от температуры тела, а значит, от температуры среды. В эволюционно продвинутых созданиях природа могла взять за основу тот же самый механизм, дополнив его звеном в виде контроля за суточными колебаниями температуры.

Читайте также о дополнительных биологических часах, о том, как на ритм организма влияют приём пищи и синий свет, а ещё о воздействии циркадного ритма на циклы деления клеток и настроение.

Источник: MEMBRANA

Американский суслик — зверь в некотором роде уникальный: во время зимней спячки температура его тела может опускаться до –4 ˚C, что является рекордом среди млекопитающих, засыпающих на зиму. Причём исследователи до сих пор ломают голову над тем, как животному удаётся сохранять свою кровь жидкой, ведь никаких антифризных белков у него не нашли.

Бодрствующий американский суслик (фото dean.franklin)Стоит ли говорить, что американский суслик пользуется особой популярностью у тех, кто изучает механизмы зимней спячки и работу циркадных ритмов (ведь долгий зимний сон предполагает, что биологические часы, которые заставляют нас просыпаться утром и засыпать вечером, каким-то образом отключены). Исследователи из Университета Аляски (США) решили, например, выяснить, каков нижний предел температур, при которых суслик может спокойно спать. Учёные постепенно снижали температуру воздуха в камере со спящим животным и обнаружили, что при –26 ˚C суслик начинает дрожать и просыпается. То есть это и есть тот самый нижний порог, который допустим во время анабиоза.

Температура тела животного поддерживалась на уровне –4 ˚C (для слежения за ней исследователи вживляли в желудок сусликов специальный термодатчик). Чтобы поддерживать её на этом уровне при очень сильном морозе, суслик, если можно так сказать, слегка просыпается и тем самым поднимает свою температуру.

С другой стороны, активность сусликов определяется не только температурой окружающей среды, но и сменой дня и ночи. Самцы просыпаются за три недели до самок, но какое-то время остаются в норе, питаясь запасами. При этом, что любопытно, температура их тела остаётся постоянной. Но стоит им выйти наружу и посмотреть на солнце, как у них запускаются суточные ритмы: температура тела поднимается в дневные часы и опускается в ночные. Результаты своих наблюдений учёные доложили на ежегодной конференции Общества сравнительной и интегративной биологии в Сан-Франциско (США).

Но как суслики поддерживают свои биологические часы в рабочем состоянии? Дело в том, что эти животные просыпаются и засыпают не по солнцу: они выходят из норы, кода уже светло, и прячутся обратно под землю вечером. Поэтому зоологи предполагают, что либо у сусликов есть какие-то специальные гены, которые не зависят от солнечного света, либо эти животные могут оценивать высоту, на которой солнце стоит над горизонтом, и спектр света, который к вечеру смещается в красную область.

Источник: КОМПЬЮЛЕНТА

Необычные биологические часы, отсчитывающие 24-часовые интервалы, выявили в эритроцитах и клетках водорослей британские учёные. Получается, что суточные ритмы присутствуют даже там, где нет ДНК и активных генов.

Биоритмы регулируют суточную и сезонную активность организмов. Они управляют гормональным фоном и циклами сна-бодрствования людей, миграцией птиц и насекомых, ростом растений (иллюстрация Cambridge University) Первую часть исследования, результаты которого опубликованы в статье в Nature, провели биологи из Кембриджа (University of Cambridge). Они выделили красные клетки крови, сохранили их в темноте и при температуре человеческого тела.

В течение нескольких дней учёные измеряли уровень биохимических маркеров – белков пероксиредоксинов. Оказалось, что их производство проходит 24-часовой цикл.

Отметим, что у эритроцитов, в отличие от большинства клеток организма, нет ядра и как следствие ДНК. То есть прежние представления исследователей о биологических часах организмов были не совсем верными. Ранее считалось, что циркадные ритмы регулируются генами, то есть существуют там, где есть активная ДНК. Между тем, упомянутые выше белки присутствуют практически во всех известных науке организмах.

Биологи решили продолжить работу. Подключив к исследованию учёных из университета Эдинбурга (University of Edinburgh) и Океанологической обсерватории Баньюльса (Observatoire Océanologique) они проверили «поведение» пероксиредоксинов в организме морских водорослей. Открытие удивило многих: оказалось, что и у них присутствует схожий пероксиродоксиновый 24-часовой цикл. Причём часики «тикали» даже в темноте (в отсутствие света геном водорослей инактивируется).

Получается, что биологические часы функционируют в самых разных организмах на протяжении миллиардов лет.

Источник: MEMBRANA

О том, что нужно слушаться собственных биологических часов, известно всем: от нарушенных циркадных ритмов страдают и психика, и физиология. Часы часами, однако ж не секрет, что среди людей попадаются «жаворонки» и «совы» — те, кто лучше всего чувствует себя по утрам и в первой половине дня, и те, у кого прилив сил наступает к вечеру. Если вспомнить, что биологические часы, как и прочие процессы, управляются генами, трудно не заподозрить тут какую-нибудь мутацию — вариант гена, который лежит в основе различий циркадных ритмов у разных людей. В пользу такого предположения говорит и то, что «жаворонковость» и «совиность» передаются по наследству, и примеры тому можно найти как у людей, так и у животных.

Склонность допоздна засиживаться на работе может быть обусловлена генетическими мутациями. (Фото Holger Scheibe.)Исследователям из Университета Торонто (Канада) вместе с коллегами из Медицинского центра дьяконицы Бет Израэль (США) посчастливилось найти ген (или по крайней мере один из генов), от которого зависит ориентация наших биологических часов на утро или вечер. Поначалу учёные преследовали иную цель: их интересовало, почему пожилые люди страдают бессонницей. Предполагалось, что нарушения сна могут быть связаны с риском нейродегенеративных болезней. В исследовании приняли участие свыше тысячи пожилых в возрасте 65 лет, все они были здоровы и ежегодно проходили неврологическое и психиатрическое обследование.

В какой-то момент учёным пришло в голову сравнить характер циркадного ритма у испытуемых с их генотипом. В результате удалось обнаружить единичную нуклеотидную замену в гене, называемом Period 1. Эта замена делила всех людей на три группы: у 36% в определённом месте гена в обеих его копиях стоял аденин (А), у 16% — гуанин (G), а ещё у 48% одна копия гена несла А, а другая — G. И это совершенно чётко совпадало с характером циркадного ритма: носители двух А просыпались на час раньше тех, у кого в геноме было две G. Те же, у кого были и А, и G, находились между этими полюсами. В статье, опубликованной в Annals of Neurology, авторы сообщают, что G-замена подавляла активность гена Period 1 в мозгу и лейкоцитах.

Кроме того что от этого гена зависит время пробуждения, он определяет ещё и время смерти. (Поспешим успокоить читателей — речь идёт не о дате, а о времени суток, так что не надо бежать в ближайшую генотипическую лабораторию с просьбой погадать на ДНК.) Известно, что люди чаще умирают утром, в среднем около 11 часов. Тут, разумеется, нет никакой мистики, просто обострения болезней, недомоганий и пр. тоже подчиняются биологическим часам, и на утро, очевидно, приходится пик активности самых разных недугов. Исследователи наблюдали суточную активность пожилых людей в течение пятнадцати лет, и за это время многие из них успели скончаться. И оказалось, что умиравшие в утренние часы имели ген Per1 c АА или АG в каждой его копии, а те, у кого в копиях гена были две GG, уходили ближе к вечеру, часам к шести.

Практическая польза полученных результатов очевидна. Зная, какой генотип у больного, врач может скорректировать расписание лечения (приём лекарств, процедуры и т. п.), чтобы организм получал помощь именно в то время, когда он в этом более всего нуждается.

Источник: КОМПЬЮЛЕНТА

Активность генов, определяющих ход биологических часов, зависит от активности «часовых» нейронов.

Гипоталамус, один из важных центров, связывающих суточные ритмы нейронов с эндокринной системой (рисунок Roger Harris)Наши суточные ритмы строятся множеством генов, функциональность которых меняется в зависимости от того, ночь на дворе или день. Эти гены переключают метаболизм, иммунитет, физиологические показатели и деятельность мозга в соответствующий режим, дневной или ночной. Но как сами гены узнают о том, какое на дворе время суток?

Кроме циркадных генов, существуют и циркадные нейроны, активность которых меняется в течение суток. Не так давно исследователи из Нью-Йоркского университета (США) обнаружили, что жизнедеятельность таких нейронов совпадает с колебаниями синтеза в них белка калиевых ионных каналов (Ir). В новой работе, опубликованной в журнале Current Biology, учёные описывают, как активность нейронных часов влияет уже на целый ряд циркадных генов.

Эксперименты проводились на плодовых мушках. Когда вечером, в часы снижения активности «часовых» нейронов, их искусственным образом стимулировали, то вслед за этим в чувство приходили и циркадные гены: они начинали работать так, будто настало утро. И наоборот, когда утром активность мушиных нейронов искусственно подавляли, вслед за этим засыпали и гены.

Главное, как подчёркивают авторы работы, удалось установить прямое соответствие между электрохимической активностью нейронов и активностью генов. Можно сказать, что молекулярно-генетическая часть биологических часов зависит от электрохимической батарейки — циркадных нейронов.

Исследователи сообщают, что им удалось определить последовательность в ДНК циркадных генов, от которой зависит чувствительность генов к нейронным сигналам. Оказалось, что эта регуляторная последовательность связывает белки, управляющие активностью генов в нейронах обучения и памяти. Так что в будущем учёные надеются выяснить не только как циркадные нейроны влияют на циркадные гены, но и как это связано с высшими когнитивными функциями.

Источник: КОМПЬЮЛЕНТА

Гипотетическую возможность человека видеть магнитное поле Земли экспериментально обосновали учёные из США. Однако разбираться в работе этого пока ещё недостаточно хорошо изученного «шестого чувства» предстоит довольно долго.

В одной из двух своих форм древний белок криптохром встречается в организмах практически всех живых существ планеты. Считается, что у человека он регулирует циркадные ритмы (иллюстрация JJ Harrison, Biswarup Ganguly)Герой статьи, вышедшей в журнале Nature Communications, – белок криптохром. Ранее учёные доказали, что эта молекула помогает птицам ориентироваться в пространстве, словно по компасу. Правда, каким образом, пока не известно, есть лишь предположения.

Определённая версия этого же белка присутствует и в глазах человека. Так как провести эксперименты с людьми невозможно, биологи из медицинской школы университета Массачусетса (UMMS) решили пойти иным путём – они при помощи генетики заменили белок в глазах мушек Drosophila melanogaster на человеческий.

Недавний опыт показал, что, не имея своего криптохрома, дрозофилы теряют способность двигаться, ориентируясь на магнитное поле, искусственно созданное в лабиринте.

На этот раз мушек снабдили «человеческой» версией криптохрома, и чувство магнитного поля к ним вернулось. Затем такой же эксперимент исследователи провели с бабочками монархами (Danais plexippus). Результат был тот же.

Глава исследования доктор Стивен Репперт (Steven Reppert) отмечает, что проверить наличие магнитной восприимчивости у человека сложно, так как мы якобы действуем, не замечая её.

«Я буду очень удивлён, если получу результаты, которые явно будут указывать на то, что у человека нет такого чувства. Ведь у очень многих животных оно есть. Думаю, надо лишь выяснить, каким образом мы его используем», — приводит слова учёного BBC News.

Возможно, это удастся Клаусу Шультену (Klaus Schulten) из университета Иллинойса (University of Illinois at Urbana-Champaign). Весьма впечатлённый нынешней работой, он планирует провести исследование, которое поможет выяснить, как и какую информацию передают криптохромовые рецепторы нервной системе. Ранее он с коллегами значительно дополнил картину знаний о «волшебном» соединении.

Наличие работающего рецептора, по мнению многих приверженцев идеи «магнитного зрения», должно убедить научное сообщество в правильности предположений, выдвигаемых отдельными биологами ещё с 80-х годов прошлого века.

    Хотя конечно, различия в жизни (и эволюционном прогрессе) мушки-дрозофилы, бабочки и человека огромны, а потому с полной уверенностью говорить о наличии «магнитного зрения» у людей нельзя.

Источник: Membrana.ru