Светящиеся бактерии настраивают кальмарам биологические часы
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 E. 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.
Учёные уже обращали внимание на то, что суточные ритмы E. 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?
