Koralai – ne vieninteliai sutvėrimai, kurių dauginimasis dera su Mėnulio fazėmis. Tokius ritmus paprastai reguliuoja cirkalunariniai laikrodžiai – baltymų valdomi biologiniai laikrodžiai, suderinti su 29,5 paros ciklu nuo vienos Mėnulio jaunaties iki kitos.
Sinchronizacija
Dauguma daugialąsčių organizmų turi arba manoma, kad turi tam tikrą biologinį laikrodį, o daugelis svarbių procesų, įskaitant maitinimąsi ir dauginimąsi, vyksta tiksliai nustatytu metu. Sugebėjimas „sinchronizuotis“ yra labai svarbus išgyvenimui.
„Suprasti, kaip veikia su laiku susijęs individų tarpusavio ryšys rūšies viduje ir tarp rūšių, yra labai svarbu siekiant užtikrinti ekologinį sistemų stabilumą“, – teigia Vienos universiteto Austrijoje neurobiologijos profesorė Kristin Tessmar-Raible.
Kitas, galbūt geriau pažįstamas biologinis laikrodis – cirkadinis – reguliuoja paros 24 valandų miego ir budrumo ciklą pagal aplinkos signalus, pavyzdžiui, šviesą ir temperatūrą. Laikrodžio pavadinimas kilęs iš lotyniškų žodžių „circa“, reiškiančio „apie“, ir „dies“, kuris reiškia „diena“.
Ši sudėtinga sistema reguliuoja viską – nuo miego ir virškinimo iki medžiagų apykaitos ir nuotaikos. Mokslininkai aiškinasi, kokie aplinkos veiksniai gali išderinti šiuos biologinius ritmus.
Visgi chronobiologija dar turi labai daug paslapčių, įskaitant genetinio ir molekulinio lygmens mechanizmus.
Mėnesienos signalai
Siekdama giliau ištyrinėti šią sritį, K. Tessmar-Raible vandenyne gyvenančių gyvūnų cirkalunarinius ritmus tiria vadovaudama ES finansuojamam penkerių metų trukmės projektui „Mari.Time“, kuris bus vykdomas iki 2024 m.
Vienas iš jos tyrimų objektų – jūrinė šeriuotoji kirmėlė Platynereis dumerilii, gyvenanti pakrančių vandenyse nuo vidutinio klimato iki tropinių jūrų.
„Kol kas didžiausias mūsų laimėjimas – kad aptikome fotoreceptorių arba šviesą jaučiančių ląstelių, kurios teikia organizmui informaciją apie šviesos tipą ir mėnesienos trukmę“, – pasakoja K. Tessmar-Raible.
Tyrėjų identifikuotas L-Cry baltymas priklauso šviesai jautrių molekulių, vadinamų kriptochromais, grupei. Šis baltymas svarbus tuo, kad gali padėti paaiškinti, kaip organizmai sugeba prisiderinti prie tam tikros Mėnulio fazės.
Tyrimai rodo, kad L-Cry veikia kaip sargas, leidžiantis tik „tinkamai“ šviesai paveikti kirmėles. Jis taip pat gali atskirti saulės šviesą nuo mėnesienos ir šviesos lygį esant skirtingoms Mėnulio fazėms.
„Tuo galima paaiškinti, kaip pavienės kirmėlės sugeba sinchronizuoti savo cirkalunarinį laikrodį su ta pačia Mėnulio faze, – pasakoja K. Tessmar-Raible. – Atskleidėme, kad mėnesiena ne tik atlieka svarbų vaidmenį nustatant mėnesio laiką, bet ir nustato tikslią naktinio būriavimosi pradžios valandą pagal tamsiausią nakties metą, tikriausiai taip siekiant optimizuoti išgyvenimą ir dauginimąsi.“
Tikimasi, kad „Mari.Time“ suteiks naujų žinių apie tai, kaip žmogaus veikla, pavyzdžiui, dirbtinė šviesa, ir klimato kaita veikia ekosistemų stabilumą, ir pasiūlys būdų, kaip šį poveikį sumažinti.
Projektas netgi gali padėti atlikti žmonių sveikatos tyrimus, nes vis daugiau įrodymų, kad Mėnulis turi įtakos tokiems dalykams kaip miegas ir depresija.
„Daugelis hormonų, būdingų mūsų tiriamoms kirmėlių rūšims, turi artimus žmogiškuosius atitikmenis“, – teigia K. Tessmar-Raible.
Pasak jos, tiriant jūrinių rūšių mėnulio ciklo mechanizmus galima geriau suprasti kitus mėnesio dėsningumus. Tai apima ir menstruacinį ciklą bei nuotaikos svyravimus esant tam tikriems psichikos sutrikimams.
Naktis ir diena
Profesorė Johanna Meijer, tyrinėjanti biologinius laikrodžius Leideno universitete Nyderlanduose, jau daugiau kaip 30 metų tiria gyvūnų cirkadinius ritmus.
Jos teigimu, dar daug ką reikia išsiaiškinti apie cirkadinį laikrodį, įskaitant tai, kaip jis veikia dieną aktyvias gyvūnų rūšis, kurioms priskiriami ir žmonės.
Pasak J. Meijer, daug daugiau žinoma apie naktinius gyvūnus, nes tokias rūšis, pavyzdžiui, laboratorijose paprastai naudojamas peles, lengviau ištirti molekuliniu lygmeniu.
Jos vadovaujamame ES finansuojamame projekte „DiurnalHealth“ tiriami dieninių ir naktinių gyvūnų skirtumai.
Cirkadinius ritmus reguliuoja nervinių ląstelių grupė, esanti pagumburyje, vadinamajame suprachiazminiame branduolyje (SCN), kuris yra pagrindinis organizmo laikrodis.
Kadangi SCN yra jautrus šviesai, jis padeda reguliuoti miego ir budrumo ciklą, sinchronizuodamas jį su natūraliu aplinkos šviesos ir tamsos ciklu.
Yra įrodymų, kad sutrikus SCN veiklai, pavyzdžiui, per tolimas keliones ar dirbant pamaininį darbą, gali kilti įvairių sveikatos problemų, įskaitant miego sutrikimus, depresiją, diabetą ir net vėžį.
J. Meijer novatoriškas darbas, susijęs su dieninių graužikų, pavyzdžiui, Sudano žolinių žiurkių ir dieninių voverių, SCN, suteikia naujos informacijos apie cirkadinių ritmų generavimą ir sinchronizavimą.
Be to, tyrimas suteikia įžvalgų apie tai, kaip organizmo vidinis laikrodis reguliuojamas atsižvelgiant į aplinkos aspektus, tokius kaip šviesa, temperatūra ir fizinis aktyvumas.
„SCN gali suvokti šviesos ir elgesio poveikį, o tam tikras elgesys gali sustiprinti laikrodį, – teigia J. Meijer. – Argi tai ne nuostabu? Taigi mūsų pačių elgesys iš tikrųjų yra grįžtamojo ryšio grandinės dalis.“
Tai reiškia, kad išorinius signalus būtų galima panaudoti vidinių organizmo ritmų sutrikimams ištaisyti. Pirmenybė teikiama šviesai, tačiau kiti veiksniai, tokie kaip fizinis aktyvumas, temperatūra ir valgymo laikas taip pat vaidina svarbų vaidmenį.
Šviesos lygiai, spalvos
Komandos panaudotos pažangios vaizdo gavimo technologijos leido taip detaliai stebėti SCN, kaip niekada iki šiol.
Rezultatai rodo, kad dieninių graužikų ląstelės mažiau reaguoja į šviesą nei jų naktinių giminaičių.
„Tai leidžia daryti prielaidą, kad dieninių gyvūnų ir žmonių laikrodžiui šviesos reikia daugiau nei naktinių gyvūnų atveju“, – teigia J. Meijer.
Atskiro tyrimo metu paaiškėjo, kad šviesos lygis dieninių žiurkių serotonino sintezei daro didesnę įtaką nei naktinių. Kadangi serotoninas veikia nuotaiką, emocijas ir apetitą, tokie rezultatai gali turėti reikšmės tokiems žmonių sutrikimams kaip depresija.
Komanda taip pat rado daugiau tiesioginių įrodymų, kad cirkadinį laikrodį veikia įvairių spalvų šviesa, o ne tik mėlyna matomo spektro dalis, būdinga dirbtiniam naktiniam apšvietimui ir elektroninių įrenginių ekranams, kuri dažnai kaltinama dėl žalingo poveikio.
Žinoma, kad mėlyna šviesa sutrikdo cirkadinius ritmus ir žmonės jaučiasi ne pavargę, o budrūs. Visgi iš komandos tirtų spalvų žalia ir oranžinė šviesa taip pat turėjo įtakos cirkadiniam laikrodžiui, ir tik violetinės šviesos poveikis buvo nereikšmingas.
„Tai tarsi įspėjimas, kad jei nenorite sutrikdyti savo laikrodžio, nepakaks laikytis atokiau vien nuo mėlynos šviesos“, – aiškina J. Meijer.
Poveikis visai Žemei
Abu projektai leidžia daug geriau suprasti tikslius gyvų būtybių vidinių biologinių laikrodžių mechanizmus ir jų svarbą žmonių bei kitų gyvūnų funkcionavimui.
Gauti rezultatai gali padėti parengti naujas, veiksmingas rekomendacijas, kaip pagerinti gyvenimo būdą ir apsaugoti gamtinę aplinką.
J. Meijer pabrėžė, kad svarbu, jog šie dalykai daro poveikį ne tik žmonėms, bet ir visoms ekosistemoms.
„Po milijardus metų trukusios evoliucijos šviesos ir tamsos kaitos ciklas yra naudingas gyvūnams, – teigia ji. – Dabar mes skleidžiame šviesą visoje Žemėje, tarsi ji būtų nekenksminga, tačiau taip nėra.“
Šis straipsnis pirmą kartą buvo publikuotas ES mokslinių tyrimų ir inovacijų žurnale „Horizon“.
