Исследование раскрыло механизм, который перенастроил биологические часы наших предков на клеточном уровне миллионы лет назад.
Долго считалось, что наши далекие предки — ранние млекопитающие — вели исключительно ночной образ жизни, прячась в тени доминирующих динозавров. Однако в какой-то момент эволюции некоторые линии, включая те, от которых много позже произошел человек, совершили радикальный переход к дневной активности. Новое исследование, опубликованное в журнале Science, наконец объясняет, как произошла эта трансформация. Оказалось, ответ скрыт не в устройстве мозга, а в глубинных генетических настройках каждой отдельной клетки.
Загадка биологических часов
Вопрос о переходе к дневному образу жизни десятилетиями оставался загадкой, так как главный центр управления циркадными ритмами в мозге работает практически одинаково и у ночных, и у дневных видов. Группа ученых под руководством Эндрю Била и Джона О’Нила из Лаборатории молекулярной биологии Медицинского исследовательского совета (Великобритания) обнаружила, что ключевое различие кроется в реакции клеток на микроизменения среды: температуры тела и водно-солевого баланса.
В течение 24-часового цикла эти физические сигналы корректируют базовые процессы: синтез и модификацию белков. Именно эти реакции определяют, когда клетка «ожидает» наступления дня или ночи.
Противоположные реакции
Исследователи сравнили клетки дневных млекопитающих (включая человека) и ночных (например, мышей). При воздействии изменения температуры клетки человека и мыши сдвигали свои внутренние часы в прямо противоположных направлениях.
Ученые установили, что за эти контрастные реакции отвечают два основных сигнальных пути: mTOR (отвечает за чувствительность к питательным веществам) и WNK (регулирует биохимический баланс). Температурные колебания заставляли эти пути изменять синтез белков у разных видов по-разному. Это указывает на то, что в ходе эволюции чувствительность mTOR и WNK была перенастроена под конкретное время активности.
Генетический тюнинг
Сравнительный генетический анализ множества видов показал, что гены в сетях mTOR и WNK эволюционировали у дневных млекопитающих необычайно быстро. Это подтверждает, что переход из ночи в день потребовал тонкой «подгонки» функций клеток на генетическом уровне.
Чтобы проверить теорию, ученые провели эксперимент на мышах. С помощью специальной диеты они немного изменили активность пути mTOR у ночных грызунов. Результат был поразительным: мыши начали вести себя как дневные животные, перенеся пик своей активности на светлое время суток.
«Понимание того, почему люди активны днем, проливает свет на наши циркадные ритмы — часть биологии, критически важную для долгосрочного здоровья», — поясняет Джон О’Нил.
Однако открытие имеет и тревожный подтекст в контексте глобального потепления. По мере нагрева атмосферы привычные температурные циклы меняются. Эндрю Бил предупреждает, что это может заставить многие виды принудительно менять время своей активности, что приведет к непредсказуемым и, возможно, разрушительным последствиям для целых экосистем.
