چگونه این کرم دریایی می تواند Moonglow را از پرتوهای خورشید تشخیص دهد | مجله کوانتا

در یک شب تابستانی در خلیج ناپل، انبوهی از کرم‌ها در زیر نور یک ماه رو به زوال، از علف‌های دریا به سمت سطح آب شنا کردند. چندی پیش، این موجودات دگردیسی وحشتناک جنسی را آغاز کردند: سیستم گوارشی آنها پژمرده شد و ماهیچه های شنای آنها رشد کرد، در حالی که بدن آنها پر از تخمک یا اسپرم شد. این موجودات به اندازه انگشتان که اکنون کمی بیشتر از کیسه‌های عضلانی سلول‌های جنسی بودند، به طور هماهنگ به سطح بال می‌زدند و طی چند ساعت، در یک رقص عروسی دیوانه‌وار به دور یکدیگر چرخیدند. آنها تخمک ها و اسپرم های بی شماری را در خلیج رها کردند - و سپس والس مهتابی به مرگ کرم ها ختم شد.

کرم موی دریایی Platynereis dumerilii تنها یک فرصت برای جفت گیری دارد، بنابراین رقص نهایی آن بهتر است انفرادی نباشد. برای اطمینان از اینکه بسیاری از کرم‌ها همزمان جمع می‌شوند، این گونه زمان‌بندی تولیدمثلی خود را با چرخه‌های ماه هماهنگ می‌کند.

چگونه یک کرم زیردریایی می تواند تشخیص دهد که ماه در درخشان ترین حالت خود قرار دارد؟ پاسخ تکامل یک ساعت دقیق آسمانی توسط مولکولی است که می‌تواند پرتوهای ماه را حس کند و زندگی تولیدمثلی کرم‌ها را با فازهای ماه همگام کند.

هیچ کس تا به حال ندیده بود که یکی از این مولکول های مهتاب چگونه کار می کند. اما اخیراً در مطالعه ای که در طبیعت ارتباطات، محققان در آلمان ساختارهای مختلف را تعیین کرد که یکی از این پروتئین ها در کرم های پرزدار در تاریکی و نور خورشید می گیرد. آنها همچنین جزئیات بیوشیمیایی را کشف کردند که به توضیح چگونگی تمایز پروتئین بین پرتوهای درخشان‌تر خورشید و مهتابی نرم‌تر کمک می‌کند.

این اولین بار است که دانشمندان ساختار مولکولی هر پروتئینی را که مسئول همگام سازی یک ساعت بیولوژیکی با فازهای ماه است، تعیین می کنند. این بیوشیمی‌دان گفت: «من از سیستم دیگری که با این درجه از پیچیدگی به آن نگاه شده است آگاه نیستم. برایان کرین از دانشگاه کرنل، که در مطالعه جدید شرکت نداشت.

چنین اکتشافاتی می تواند به فیزیولوژی انواع بسیاری از موجودات از جمله انسان مرتبط باشد. ما هیچ مثال دیگری نداریم که این مکانیسم ها را با چنین جزئیات مولکولی درک کنیم اوا ولف، بیوشیمیدان دانشگاه یوهانس گوتنبرگ ماینز در آلمان که یکی از نویسندگان همکار مقاله است. "این مطالعات به ما کمک می کند تا بفهمیم نوسانگرهای نور ماه و هماهنگ سازی با فازهای ماه چگونه می توانند کار کنند."

اگرچه ما امروز بیشتر با صدای زنگ ساعت از خواب بیدار می شویم تا با اولین نور سپیده دم، بدن ما همچنان با خورشید وقت می گذارد. در انسان، مانند بسیاری از حیوانات دیگر، ساعت‌های بیولوژیکی پیچیده‌ای به نام ساعت شبانه‌روزی، ریتم بدن را با ضربان‌های صبح و شب همگام می‌کنند. پروتئین‌های کریپتوکروم قطعات مهم ساعت‌های شبانه‌روزی بسیاری از ارگانیسم‌ها هستند، که نور را حس می‌کنند، مانند گیاهان، یا با پروتئین‌های دیگر هماهنگ می‌شوند، مانند انسان.

اگرچه ماه صدها هزار بار کم‌نورتر از خورشید است، اما طبق برنامه منظمی زمین را روشن می‌کند. یک چرخه کامل، از ماه نو تا ماه کامل و دوباره، 29.5 روز طول می کشد. بسیاری از موجودات، به ویژه انواع مختلف موجودات دریایی، از این تقویم قمری به عنوان یک ساعت قابل اعتماد استفاده می کنند. مرجان ها، صدف ها، کرم های دریایی و حتی برخی از ماهی ها شناخته شده اند که فعالیت تولیدمثلی خود را با فازهای ماه هماهنگ می کنند.

برای همگام سازی ساعت های دایره ای خود، موجودات زنده باید به نحوی نور ماه را حس کنند و آن را از نور خورشید، که اساساً همان نوع نور است، بسیار شدیدتر، تشخیص دهند. اینکه سلول‌ها چگونه می‌توانند یک تقویم قمری را حفظ کنند - برای تشخیص نه تنها نور ماه از نور خورشید، بلکه ماه کامل از یک ماه جدید - هنوز تا حد زیادی مرموز است.

اخیراً دانشمندان شروع به تعجب کرده‌اند که آیا کریپتوکروم‌ها ممکن است در ساعت‌های قمری دخیل باشند، زیرا در ریتم‌های شبانه‌روزی هستند. در سال 2007، دانشمندان دریافتند نکاتی در مرجان های خاص، که پروتئین های کریپتوکروم را به طور فعال تری در زیر نور بیان می کرد.

چند سال پیش، ولف به کرونوبیولوژیست پیوست کریستین تسمار-رابل آزمایشگاه ماکس پروتز دانشگاه وین رشد کند P. دومریلی، زیرا تولید مثل خود را با فازهای ماه همگام می کند. آنها ثابت کردند که یک کریپتوکروم حسگر نور به نام L-Cry قطعه مهمی از ساعت قمری این کرم است. کار تیم آنها، منتشر شده در 2022، نشان داد که این پروتئین می تواند تاریکی را از نور خورشید و همچنین نور ماه را تشخیص دهد.

با این حال، نحوه عملکرد پروتئین مشخص نبود. در واقع، ساعت حلقوی یک موجود زنده در سطح بیوشیمیایی درک نشد.

ولف گفت: «این کاملا نادیده گرفته شده است. آن سیگنال کوچک مهتاب جدی گرفته نشده است. همیشه خورشید در مقابل تاریکی بود.»

برای یادگیری نحوه عملکرد L-Cry، محققان می خواستند چگونگی تغییر ساختار آن را در هنگام قرار گرفتن در معرض نور ثبت کنند. ولف پروتئین های کرم L-Cry را به دانشگاه کلن فرستاد تا بتوان از آنها تصویربرداری کرد المار بهرمنآزمایشگاه بیوشیمی ساختاری، که در پروتئین‌های حساس و زودگذر تخصص دارد. اما تیم باتجربه بهرمن سال‌ها تلاش کردند تا L-Cry به اندازه کافی خوب رفتار کند تا توسط میکروسکوپ کرایو الکترونی آنها تصویربرداری شود.

آن‌ها در آن زمان نمی‌دانستند، اما نور به داخل نمونه‌ها نفوذ می‌کرد. بهرمن گفت: «احتمالاً برای یک سال و نیم، زمانی که فکر می کردیم در تاریکی کار می کنیم، به اندازه کافی تاریک نبودیم. پس از پوشاندن هر شکاف در ورودی و چشمک زدن LED با نوار سیلیکونی سیاه، در نهایت تصویر واضحی دریافت کردند.

در تاریکی، P. dumeriliiپروتئین های L-Cry به صورت جفت های متصل به هم به نام دایمر جمع می شوند. هنگامی که آنها تحت تابش نور شدید خورشید قرار می گیرند، دایمرها دوباره به دو مونومر تقسیم می شوند.

کرین گفت که این برخلاف روشی است که کریپتوکروم های حسگر نور، نور خورشید را از تاریکی در گیاهان تشخیص می دهند. کریپتوکروم‌های گیاهی در زیر نور خورشید گروه می‌شوند و در تاریکی از هم جدا می‌شوند.

شکل مهتاب L-Cry به طور مستقیم در این آزمایش ها ثبت نشده است، اما درک جدید از ساختارهای دایمر نشان می دهد که L-Cry چگونه نور ماه را از نور خورشید متمایز می کند. شکل مهتابی پروتئین را می توان تنها از دایمر تاریکی ایجاد کرد - نه از شکل نور خورشید شناور آزاد. این به توضیح اینکه چگونه کرم ها از اشتباه گرفتن نور کم سحر و غروب با مهتاب کمک می کند کمک می کند.

اگرچه این مطالعه فقط بر روی یک پروتئین در یک حیوان متمرکز است، اما دلیلی وجود دارد که فکر کنیم این مکانیسم زمان‌بندی قمری بخشی از یک داستان تکاملی است که فراتر از عاشقانه‌های غم‌انگیز مهتابی کرم مو است. کرین گفت: «این امکان وجود دارد که انواع دیگر کریپتوکروم‌ها نیز از این نوع مکانیسم استفاده کنند.

سایر حیوانات دارای چرخه تولید مثل ماهانه هستند، اگرچه آنها لزوماً مستقیماً به ماه مرتبط نیستند. Tessmar-Raible گفت، برای مثال، ما انسان ها، چرخه ای داریم که تقریباً به اندازه چرخه ماه است. طبق تعریف، سیکل قاعدگی یک نوسانگر ماهانه است.

هر گونه نقش احتمالی برای فازهای ماه در هماهنگ سازی چرخه قاعدگی انسان است خیلی بحث برانگیز. با این حال، قاعدگی، ماه ها و ماه می توانند بیشتر از ریشه های ریشه شناسی مشترک باشند. Tessmar-Raible گفت که هورمون‌های کرم مویی که همزمان با فازهای قمری نوسان می‌کنند، در انسان پسرعموهای نزدیک دارند. من فکر نمی‌کنم خیلی دور از ذهن باشد که بگوییم کرم‌ها ممکن است راه را برای [درک] زمان‌بندی ماهانه باروری در انسان هموار کنند.» شاید ریتم‌های 28 روزه مدرن ما بقایای تکاملی باشد که از تکه‌هایی از ساعت‌های سلولی قدیمی‌تر که زمانی در دریاهای کم‌عمق اولیه به کرم‌های دریایی کمک می‌کرد تا زمان خود را در چرخه ماه نگه دارند، به هم متصل شده‌اند.

کوانتوم در حال انجام یک سری نظرسنجی برای ارائه خدمات بهتر به مخاطبانمان است. ما را بگیر نظرسنجی خواننده زیست شناسی و شما برای برنده شدن رایگان وارد خواهید شد کوانتوم کالا