איך התולעת הימית הזו יכולה להבחין למוונגלו מקרני שמש | מגזין קוונטה

בליל קיץ במפרץ נאפולי, המוני תולעים שחו מעלה מעשב הים לעבר פני המים באור של ירח דועך. זמן לא רב לפני כן, היצורים החלו במטמורפוזה מינית מחרידה: מערכת העיכול שלהם קמלה, ושרירי השחייה שלהם גדלו, בעוד גופם התמלא בביצים או זרע. היצורים באורך אצבעות, כעת מעט יותר משקיות שריריות של תאי מין, ריפרפו אל פני השטח בקול אחד ולאורך כמה שעות, הקיפו זה את זה בריקוד נישואים מטורף. הם שחררו אינספור ביצים וזרעונים לתוך המפרץ - ואז הוואלס לאור הירח הסתיים במוות של התולעים.

תולעת הזיפים הימיים Platynereis dumerilii מקבל רק הזדמנות אחת להזדווג, אז עדיף שהריקוד האחרון שלו לא יהיה סולו. כדי להבטיח שתולעים רבות יתכנסו בו-זמנית, המין מסנכרן את תזמון הרבייה שלו עם מחזורי הירח.

איך תולעת תת-ימית יכולה לדעת מתי הירח בבהיר ביותר? התשובה של האבולוציה היא שעון שמימי מדויק שמפותל על ידי מולקולה שיכולה לחוש את קרני הירח ולסנכרן את חיי הרבייה של התולעים עם שלבי הירח.

איש מעולם לא ראה כיצד פועלת אחת ממולקולות אור הירח הללו. אולם לאחרונה, במחקר שפורסם ב תקשורת טבע, חוקרים בגרמניה קבע את המבנים השונים שחלבון אחד כזה בתולעי זיפים קולט בחושך ובאור השמש. הם גם חשפו פרטים ביוכימיים שעוזרים להסביר כיצד החלבון מבחין בין קרני שמש בהירות יותר לבין זוהר ירח רך יותר.

זו הפעם הראשונה שמדענים קבעו את המבנה המולקולרי של חלבון כלשהו שאחראי לסנכרון שעון ביולוגי עם שלבי הירח. "אני לא מודע למערכת אחרת שנבדקה בדרגה כזו של תחכום", אמר הביוכימאי בריאן קריין מאוניברסיטת קורנל, שלא היה מעורב במחקר החדש.

תגליות כאלה יכולות להיות רלוונטיות לפיזיולוגיה של סוגים רבים של יצורים, כולל בני אדם. "אין לנו דוגמה אחרת שבה אנו מבינים את המנגנונים האלה בפירוט מולקולרי כזה", אמר אווה וולף, ביוכימאי באוניברסיטת יוהנס גוטנברג במיינץ בגרמניה, שהוא אחד ממחברי המאמר. "מחקרים אלה עוזרים לנו להתחיל לדעת כיצד מתנדים לאור הירח וסנכרון עם שלבי הירח יכולים לעבוד."

למרות שאנו מתעוררים היום לעתים קרובות יותר לקול השעון המעורר מאשר לאור השחר הראשון, הגוף שלנו עדיין שומר על זמן עם השמש. בבני אדם, כמו בבעלי חיים רבים אחרים, שעונים ביולוגיים מתוחכמים הנקראים שעונים יממתיים מסנכרנים את מקצבי הגוף לפי פעימות השחר והלילה. חלבוני קריפטוכרום הם חלקים חשובים בשעונים הצירקדיים של אורגניזמים רבים, או שחשים אור, כמו בצמחים, או מתואמים עם חלבונים אחרים שכן, כמו בבני אדם.

למרות שחלש מאות אלפי פעמים מהשמש, הירח גם מאיר את כדור הארץ בלוח זמנים קבוע. מחזור מלא, מירח חדש לירח מלא וחוזר חלילה, נמשך 29.5 ימים. אורגניזמים רבים, במיוחד סוגים שונים של חיים ימיים, משתמשים בלוח השנה הירחי הזה כשעון אמין. ידוע כי אלמוגים, מולים, תולעים ימיות ואפילו כמה דגים מתזמןים את פעילות הרבייה שלהם כך שתתאים לשלבי הירח.

כדי לסנכרן את השעונים המעגליים שלהם, אורגניזמים חייבים איכשהו לחוש את אור הירח ולהבדיל אותו מאור השמש, שהוא בעצם אותו סוג של אור, רק הרבה יותר חזק. איך בדיוק תאים מצליחים לשמור על לוח שנה ירח - להבחין לא רק בין אור ירח מאור השמש, אלא גם ירח מלא מירח חדש - עדיין מסתורי במידה רבה.

לאחרונה, מדענים החלו לתהות אם קריפטוכרומים עשויים להיות מעורבים בשעוני ירח, שכן הם נמצאים במקצבים צירקדיים. בשנת 2007, מדענים מצאו רמזים באלמוגים מסוימים, אשר ביטא חלבוני קריפטוכרום בצורה פעילה יותר תחת אור.

לפני כמה שנים חבר וולף לכרונוביולוג קריסטין טסמר-רייבל של מעבדות מקס פרוץ של אוניברסיטת וינה לצמוח P. dumerilii, מכיוון שהוא מסנכרן את ההתרבות שלו עם שלבי הירח. הם הוכיחו שקריפטוכרום בעל חישת אור בשם L-Cry הוא חלק קריטי בשעון הירח של התולעת. עבודת הצוות שלהם, פורסם ב2022, הראה שהחלבון יכול להבחין בין חושך לאור השמש, כמו גם לאור ירח.

עם זאת, לא היה ברור כיצד החלבון עובד. למעשה, אף שעון עגול של אורגניזם אחד לא הובן ברמה הביוכימית.

"די התעלמו מזה," אמר וולף. "האות הקטן הזה לאור ירח לא נלקח ברצינות. זו תמיד הייתה השמש מול החושך".

כדי ללמוד כיצד L-Cry עובד, החוקרים רצו ללכוד כיצד המבנה שלו השתנה כאשר הוא נחשף לאור. וולף שלח חלבוני תולעת L-Cry לאוניברסיטת קלן כדי שניתן יהיה לצלם אותם אלמר בהרמןהמעבדה לביוכימיה מבנית של, המתמחה בחלבונים רגישים וארעיים. אבל הצוות המנוסה של בהרמן נאבק במשך שנים כדי לגרום ל-L-Cry להתנהג מספיק טוב כדי להצטלם במיקרוסקופ קריו-אלקטרון שלהם.

הם לא ידעו את זה באותו זמן, אבל אור התגנב לתוך הדגימות. "ככל הנראה במשך שנה וחצי, כשחשבנו שאנחנו עובדים בחושך, לא היינו חשוכים מספיק", אמר ברמן. לאחר שכיסו כל סדק בפתח והבהוב LED עם סרט סיליקון שחור, הם סוף סוף קיבלו תמונה ברורה.

בחושך, P. dumeriliiחלבוני ה-L-Cry של ה-L-Cry מתחברים כזוגות קשורים הנקראים דימרים. כאשר הם נפגעים מאור שמש עז, הדימרים מתפרקים שוב לשני מונומרים.

זה ההפך מהאופן שבו קריפטוכרומים חושי אור מבדילים בין אור השמש לחושך בצמחים, אמר קריין. קריפטוכרומים צמחיים מתקבצים באור השמש ומתפרקים בחושך.

צורת אור הירח של L-Cry לא נלכדה ישירות בניסויים אלה, אך ההבנה החדשה של המבנים הדימרים חושפת כיצד L-Cry מבדילה בין אור הירח לאור השמש. ניתן ליצור את צורת אור הירח של החלבון רק מהדימר החושך - לא מצורת אור השמש הצף חופשי. זה עוזר להסביר כיצד תולעים נמנעות לטעות באור העמום של שחר ודמדומים לאור ירח.

למרות שהמחקר הזה מתמקד בחלבון אחד בלבד בחיה אחת, יש סיבה לחשוב שמנגנון תזמון הירח הזה הוא חלק מסיפור אבולוציוני שחורג מהרומנים הטראגיים לאור הירח של תולעת הזיפים. "ייתכן מאוד שגם סוגים אחרים של קריפטוכרומים משתמשים במנגנון מסוג זה", אמר קריין.

לבעלי חיים אחרים יש מחזורי רבייה חודשיים, אם כי הם לא בהכרח קשורים לירח ישירות. לנו בני האדם, למשל, יש מחזור שאורכו בערך כמו מחזור הירח, אמר טסמר-רייבל. "המחזור החודשי, לפי הגדרה, הוא מתנד חודשי."

כל תפקיד אפשרי עבור שלבי הירח בסנכרון המחזור החודשי האנושי הוא מאוד שנוי במחלוקת. למרות זאת, הווסת, החודשים והירח יכולים לחלוק יותר מאשר שורשים אטימולוגיים. להורמוני תולעת הזיפים שמתנדנדים בסנכרון עם שלבי הירח יש בני דודים קרובים בבני אדם, אמר טסמר-רייבל. "אני לא חושב שזה מופרך מדי לומר שתולעים עשויות לסלול את הדרך [להבין] את תזמון הרבייה החודשי בבני אדם." אולי המקצבים המודרניים של 28 הימים שלנו הם שאריות אבולוציוניות, מרוכזות יחד מפיסות של שעון סלולרי ישן יותר, שבאיזה ים קדמון רדוד, עזר פעם לתולעים ימיות לשמור על זמן למחזור הירח.

Quanta עורכת סדרה של סקרים כדי לשרת טוב יותר את הקהל שלנו. קח את שלנו סקר קוראי ביולוגיה ותוכלו לזכות בחינם Quanta סחורה.