Как безглазая рыба настраивает свои биологические часы
Подземная слепая рыба Phreatichthys andruzzii — уникальный обладатель 47-часового биологического суточного ритма. Внутренние часы эта рыба подстраивает, за отсутствием смены дня и ночи, согласно своему обеденному расписанию и температуре окружающей среды.
Пещерная рыба Phreatichthys andruzzii (фото авторов исследования).
У всех животных и растений есть биологические часы — специальный физиологический механизм, который задаёт суточный ритм жизни. Суточные, или циркадные, ритмы определяют, когда нам спать, а когда бодрствовать, от них зависит пищевое поведение, уровень кровяного давления и множество других вещей в организме. Сбой в суточном ритме может послужить причиной самых разных проблем со здоровьем, от нервных расстройств до болезней сердечно-сосудистой системы. При этом кажется очевидным, что такие часы должны подстраиваться под смену дня и ночи, то есть под обычные 24-часовые сутки. Действительно, механизмы циркадных ритмов зависят от работы фоторецепторов, которые информируют нервную систему и весь организм о текущем времени. Но как в таком случае поступают различные виды слепых от рождения животных, которые всю жизнь проводят в кромешной тьме?
Одно из таких животных — безглазая рыба Phreatichthys andruzzii, живущая в подземных водоёмах на территории сомалийской пустыни. Считается, что она ушла под землю 2,6 млн лет назад. И если у неё когда-то и было понятие о 24-часовом суточном ритме, то всякие его следы должны были давным-давно пропасть из её памяти. Но без такой ритмической регуляции могут жить только бактерии, да и у них некоторые виды успели обзавестись суточным циклом. Жизнь в темноте должна была привести не только к утрате глаз: у P. andruzzii должен был выработаться какой-то другой ориентир, по которому она могла бы подстраивать свои внутренние часы.
Команда учёных из различных европейских институтов сравнила работу биологических часов рыбы P. andruzzii и её родственника из того же семейства карповых — аквариумного данио-рерио. На периодическую, с интервалом в 12 часов, смену темноты и света подземная рыба не реагировала никак. Данио-рерио, естественно, демонстрировал обычный 24-часовой суточный цикл. Исследователи обнаружили, что у P. andruzzii не работают два фоточувствительных белка, и заменили их на аналогичные от данио-рерио. После этой операции пещерная рыба начала реагировать на 12-часовую смену дня и ночи. Это позволило сделать вывод, что основной механизм биологических часов у неё в норме, просто оказалась сломана одна из деталей, условная молекулярная «пружина», реагирующая на свет.
Однако такой вывод не вполне верен. Выяснилось, что молекулярная «пружина» не то чтобы сломана, но заменена на другую. Часы подземной слепой рыбы оказались подстроены под обеденное время — и в связи с этим имели периодичность в 47 часов. Пищеварительный аппарат снабдил P. andruzzii 47-часовыми сутками. Следует сказать, что и у данио-рерио биологические часы испытывают влияние со стороны желудка, но тут происходит согласование со световым днём. Кроме того, у подземной рыбы суточный ритм отчасти подчиняется температурным скачкам, то есть к его регуляции подключились и температурные рецепторы.
Как пишут исследователи в веб-журнале PLoS Biology, это очень необычно для суточно-ритмической физиологии. У большинства организмов биологические часы надёжно изолированы от температурных ощущений. Очевидно, P. andruzzii пришлось за два с половиной миллиона лет эволюции найти другие датчики для подстройки своих суточных ритмов, за отсутствием смены дня и ночи. Возможно, странная физиология этой рыбы прояснит многие вопросы в регуляции суточного ритма у прочих «светочувствительных» животных, включая человека.
