Почти у всех живых существ есть биологические часы, регулирующие работу организма в зависимости от времени суток, и растения тут не исключение. В конце концов, для кого ещё, как не для них, важно чувствовать, день на дворе или ночь, — ведь фотосинтез напрямую зависит от солнечного света.

Резухови́дка Та́ля (лат. Arabidópsis thaliána)Однако если у животных ведущую роль в организации циркадных ритмов играет мозг, то что управляет этими ритмами у растений, не имеющих нервной системы?

Алекс Уэбб (Alex Webb) из Кембриджа (Великобритания) вместе с коллегами поставил опыт, в котором лишал растения Arabidopsis thaliana углекислого газа, и в результате исследователи пришли к выводу, что суточный ритм растениям задают те самые сахара, что синтезируются в ходе фотосинтеза. Точнее — изменения в их концентрации.

В статье, опубликованной в Nature, исследователи пишут о гене PRR7, который активизировался к утру, но зависел при этом от концентрации сахаров. Мутанты по этому гену были нечувствительны к колебаниям сахарозы; в свою очередь, без доступа углекислого газа, то есть при подавлении фотосинтеза, внутренние часы растений расстраивались и начинали опаздывать на 2–3 часа. 

То есть колебания углеводов позволяли настроить метаболизм и физиологию растений перед рассветом, чтобы они могли встретить солнце готовыми к фотосинтезу.

Получается простой и эффективный способ управления циркадными ритмами, когда растение сверяется с временем суток с помощью продуктов фотосинтеза, который сам же от времени суток и зависит.

Подготовлено по материалам Кембриджского университета. Фото на заставке принадлежит Shutterstock.

Истчоник: КОМПЬЮЛЕНТА

Почти у всех живых организмов, от бактерий до млекопитающих, есть биологические часы, синхронизирующие биохимию, физиологию и поведение с суточной сменой дня и ночи. Но не нужно большого труда, чтобы заметить, что многие виды живут ещё и по другим, несуточным часам, следя за приливами или, например, сменой времён года. Можно, конечно, предположить, что приливно-отливные или сезонные часы управляются тем же механизмом, что и обычные суточные. Однако до сих пор учёные не знали, так ли это или же разные виды циклической активности имеют свои часы.

Eurydice pulchra (фото bathyporeia).Ясность в этот вопрос внесла пара морских членистоногих... точнее, две группы учёных, которые исследователи их и независимо пришли к одинаковым выводам, касающимся присутствия у организмов разных часов для разных надобностей.

Караламбос Кириаку из Лестерского университета (Великобритания) и его коллеги изучали поведение Eurydice pulchra, маленького (менее 1 см в длину) веслоногого рачка, который плавает и кормится в прибрежных морских водах во время прилива, а при отливе прячется в песок. То есть активность Eurydice pulchra подчинена приливно-отливному циклу с периодом 12,4 ч. Кроме того, панцирь рачка покрывают тёмные пятна, которые служат чем-то вроде защиты от солнца и узор которых меняется днём и ночью. К суточной — не приливно-отливной — активности относятся и некоторые особенности поведения Eurydice pulchra: если прилив днём, рачки плавают шустрее, чем во время ночного прилива.

Platynereis dumerilii (фото Douglas P. Wilson).Исследователи держали рачков месяц в темноте, чтобы рассинхронизировать циклы дня и ночи и периодичность в поведении и узоре пятен у Eurydice pulchra. А чтобы рачки чувствовали «приливы и отливы», сосуд, в котором они жили, вибрировал в течение 10 минут каждые 12,4 часа. В журнале Current Biology авторы пишут, что при расстроенных суточных часах приливно-отливные часы у Eurydice pulchra прекрасно работали. Более того, когда у рачков отключали гены циркадного ритма, на их приливно-отливных часах это никак не сказывалось.

Другая научная группа под руководством Кристин Тессмар-Райбле из Венского университета (Австрия) работала с червём нереидой Platynereis dumerilii (который, в частности, известен тем, что у него есть фоторецепторы, независимые от глаз, но при этом похожие на фоторецепторы человека). Некоторые особенности поведения Platynereis dumerilii подчинены лунному циклу: икрометание, к примеру, происходит у этих червей в новолуние.

Исследователи смещали лунный ритм червей, по-разному освещая их по ночам, и это влияло на поведение животных и днём, и ночью. Однако у Platynereis dumerilii есть не только лунный, но и обычный суточный ритм, и, как и в случае с E. pulchra, его нарушение не влияло на «лунные» изменения в поведении червей. То есть лунный ритм сказывался на суточном, но не наоборот. Результаты экспериментов исследователи опубликовали в Cell Reports.

Хронобиолог Марта Мерроу из Мюнхенского университета Людвига — Максимилиана (Германия) надеется, что эти работы помогут учёным перестать зацикливаться исключительно на суточных ритмах, пытаясь объяснить с их помощью все циклические перемены, происходящие с живыми организмами.

Если у морских ракообразных для лунного и приливного цикла есть свои биологические часы, то, наверное, стоит поискать отдельные часы и у человека — скажем, для менструального цикла. Кроме того, по некоторым сведениям, даже сон, который, как считается, подчиняется циркадным ритмам, испытывает сильное воздействие лунного цикла, что, возможно, тоже говорит о взаимовлиянии друг на друга похожих, но всё же разных биологических «часовых механизмов».

Источник: КОМПЬЮЛЕНТА

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

Мы привыкли считать суточные ритмы чем-то постоянным, незыблемым. Биологическим часам нужно подчиняться — либо будет очень плохо. Однако любой организм существует в изменчивой среде: сегодня холодно, завтра тепло, в этом году урожай, в следующем — неурожай, и т. д. То есть должна быть какая-то пластичность, чтобы к таким изменениям приспосабливаться. И очевидно, что система биологических ритмов тоже должна как-то чувствовать перемены во внешнем мире и реагировать на них. Как показали исследования учёных из Университета Вандербильта (США), суточные ритмы действительно допускают отклонения, причём имеет смысл говорить даже не об отклонениях, а о нескольких ритмах, между которыми организм может переключаться.

Многие люди отдали бы всё за возможность управлять собственными биологическими часами. (Фото Kate Kunz.)В основе вариабельности суточных ритмов лежит вырожденность генетического кода. Как известно, белки построены из двадцати аминокислот, однако четыре буквы генетического алфавита позволяют создать гораздо больше аминокислотных кодов. Аминокислоте соответствует триплет, комбинация из трёх нуклеотидов, и в итоге оказалось, что одной аминокислоте могут соответствовать несколько кодирующих слов-триплетов. (Например, аминокислоте пролину соответствуют триплеты ССА, ССG и ССС, где С — цитозин, А — аденин, G — гуанин.) Не вдаваясь в подробности, следует сказать, что разные триплеты читаются рибосомой с разной скоростью, следовательно, тот белок, в котором есть такие триплеты, будет синтезироваться легче и в бóльших количествах. В связи с этим родилась молекулярно-эволюционная идея о том, что самые важные гены в клетке используют наиболее оптимальные, то есть легкочитаемые кодоны.

Гипотеза оказалась не совсем верной. Исследователи из Университета Вандербильта попробовали оптимизировать гены биологических часов у сине-зелёных водорослей и плесневых грибков. У некоторых таких генов были трудночитаемые кодоны, и учёные заменили их на легкочитаемые (при этом, напомним ещё раз, аминокислота оставалась прежней). Так вот, после такой операции биологические часы у грибка просто останавливались! То есть, как пишут исследователи в журнале Nature, белкам биологических ритмов вовсе не нужна была высокая скорость синтеза. По-видимому, из-за высокой скорости синтеза эти белки не могут правильно свернуться, не могут приобрести правильную пространственную форму и объединиться с другими.

Но более интересным оказался эффект у сине-зелёных водорослей. Когда у них оптимизировали белки биологических часов, сами часы продолжили идти, но выживаемость цианобактерий сильно упала. Оказалось, что «усовершенствованные» часы лучше работали при естественной температуре, при которой сине-зелёные живут в естественной среде. И, казалось бы, оптимизация должна была повысить приспособленность цианобактерий. Но, кроме того, у часов увеличивался период, и цианобактерия начинала жить по 30-часовому циклу. В нормальных 24-часовых сутках она впадала в стресс, что сказывалось на её жизнеспособности. То есть естественный отбор работал тут на ухудшение качества кодонов в гене.

Исследователи делают вывод, что в генах биологических часов важны именно несовершенные, медленные синонимичные кодоны. Такой способ регуляции генетической активности — на уровне трансляции с помощью трудночитаемых кодонов — известен давно, но до сих пор его недооценивали. Тем удивительнее было увидеть его в такой ответственной области, как регуляция суточного ритма. Авторы работы полагают, что клетка может «подводить часы» с учётом различных факторов, хотя для того, чтобы утверждать это с полной уверенностью, нужны дополнительные эксперименты. Пока же можно сделать два вывода: «плохой» кодон не всегда плох, а биологические часы не столь жёстки и неизменны, как может показаться.

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

Бóльшую часть жизни цикады проводят в виде личинок, роющих норы в земле. Когда приходит время, личинки выходят на поверхность и превращаются в стрекочущих крылатых особей. При этом биологические часы, управляющие превращением цикад, устроены довольно необычно: личинки выходят на свет каждые 13 или 17 лет. Столь странный и длинный жизненный цикл замечен давно, ещё в XVII веке, но до сих пор удовлетворительных объяснений этому не было.

Цикада, покидающая личиночную шкурку (фото Farrell Grehan)Экологи из Корнеллского университета (США) выдвинули интересную гипотезу, полагая, что с помощью своего жизненного цикла цикады управляют динамикой популяций птиц, которые ими питаются. И тут можно сразу предположить, что выход личинок на поверхность совпадает с пиком численности птиц, то есть с самым что ни на есть общим и банальным экологическим законом. Но в том-то и дело, что, как пишут исследователи в журнале American Naturalist, метаморфоз цикад приходится на минимум численности птиц.

В прошлом уже проводились исследования, которые показали, что птицы могут истребить всю популяцию цикад, если те появятся над землёй не в своё время. Чтобы точнее узнать, как связаны популяционные часы птиц и цикад, учёные использовали данные по динамике птичьих популяций, собранные на протяжении последних пятидесяти лет. Экологов интересовали прежде всего те виды, которые питают к цикадам особую склонность, вроде американских желтоклювых кукушек, воробьёв или красноголовых дятлов. Оказалось, что в момент выхода цикад численность всех этих птиц достигает минимума, затем поднимается и снова начинает снижаться. Это выглядит так, будто цикады специально ждут подходящей ситуации — когда хищники будут терроризировать их меньше всего.

Но может ли однократный выход цикад приводить к такому долгому «эху», которое длится больше десяти лет? Исследователи утверждают, что может. По их словам, на цикад приходится весьма значительная доля биомассы — и она вдруг оказывается, так сказать, в свободном доступе. Последствия вброса цикад в пищевую цепь можно наблюдать ещё довольно долго, хотя сами экологи признают, что тут необходимы дополнительные эксперименты, чтобы подтвердить эту гипотезу.

И точно так же дополнительные исследования нужны для того, чтобы ответить на другой вопрос: почему 13 и 17 лет? Откуда у них такая тяга к простым числам? Как птицам удаётся столь точно уменьшить свою численность именно на 13-й или 17-й год после появления цикад? И как цикады понимают, что вот на этот 13-й год выходить ещё не время, а потому нужно подождать ещё четыре года?.. Вряд ли тут действуют какие-то мистико-нумерологические законы, но биологам всё равно придётся поломать голову.

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

Первые биологические часы появились 2,5 млрд. лет назад. Предположительно первыми их обладателями были сине-зеленые водоросли.

Подробнее...

Первые биологические часы появились вместе с фотосинтезом и подчинялись не смене дня и ночи, а изменениям концентрации кислорода в клетке.

Появление биологических часов у живых организмов случилось из-за накопления в атмосфере кислорода — к такому выводу пришли исследователи из Кембриджского университета (Великобритания). Статью, в которой они рассказывают, как доискивались происхождения суточного ритма, учёные опубликовали в журнале Nature. Биологические часы, как известно, есть почти у всех живых организмов, от одноклеточных водорослей до человека. Они выставлены на 24-часовой цикл, который может поддерживаться даже при отсутствии внешней коррекции в виде смены дня и ночи. Однако солнечный свет служит ключевым регулятором циркадного ритма, и гены, управляющие этим ритмом, обычно учитывают показания «оптических датчиков», то есть специальных фоторецепторов в глазу.

Несмотря, однако, на всеобщность, у разных организмов суточные ритмы устроены по-разному. То есть гены циркадного ритма у растений, дрозофил и, например, млекопитающих различаются довольно сильно. В связи с этим исследователи полагают, что биологические часы возникали в ходе эволюции неоднократно (по меньшей мере раз пять) у разных групп организмов. Но на этот раз учёные обратили внимание на гены пероксиредоксинов — ферментов, которые есть опять же почти у каждого живого существа на планете. Эти белки участвуют в обезвреживании опасных кислородных радикалов, образующихся в результате клеточного дыхания. Год назад эта же группа исследователей из Кембриджа сообщала, что уровень пероксиредоксинов в клетках морских водорослей и эритроцитах человека меняется по одинаковому ритму. И ритм этот, как легко догадаться, 24-часовой.

В новой работе учёные проанализировали динамику пероксиредоксинов среди более широко набора организмов: уровень ферментов измеряли у мышей, дрозофил, растений, бактерий и архебактерий. Оказалось, что активность генов пероксиредоксинов не зависит от солнечного света, без которого, как принято считать, биологические часы разлаживаются. Это навело исследователей на мысль, что пероксиредоксиновый ритм представляет собой какие-то другие, метаболические часы, не зависящие от остальных суточно-ритмических механизмов. Мутации, которые расстраивали обычный циркадный ритм, на колебаниях активности генов пероксиредоксинов никак не сказывались.

Вместе с тем учёные не считают, что метаболический и обычный световой суточные ритмы абсолютно независимы друг от друга. Вряд ли изменения в активности касаются только генов пероксиредоксинов; скорее всего, тут задействован ещё ряд ферментов, которые среди прочего могут выполнять связующую функцию между двумя системами суточного цикла. Однако специфика работы метаболических часов стала поводом для смелого предположения, что пероксиредоксины некогда были самыми первыми биологическими часами.

Вместе с «открытием» бактериями фотосинтеза 2,5 млрд лет назад им срочно понадобились системы, которые обезвреживали бы опасные продукты кислородных реакций. Появление фотосинтеза привело, как известно, к кислородной катастрофе, после которой те, кто не мог жить в новой атмосфере, вымерли или ушли в тень. Для реакции фотосинтеза необходим свет, но первоначально суточный ритм, по предположению учёных, подчинялся именно колебанию концентрации кислорода. И лишь потом биологические часы взяли за образец смену дня и ночи.

Источник: КОМПЬЮЛЕНТА