这种海洋蠕虫如何区分月光和阳光？广达杂志

那不勒斯湾的一个夏夜，在残月的照耀下，成群结队的蠕虫从海草中向上游向水面。不久之前，这些生物开始了可怕的性变态：它们的消化系统枯萎，游泳肌肉生长，而它们的身体却充满了卵子或精子。这些手指长的生物现在只不过是充满肌肉的性细胞袋，齐声扑向水面，在几个小时内，在疯狂的婚礼舞蹈中互相盘旋。它们将无数的卵子和精子释放到海湾中，然后月光下的华尔兹以蠕虫的死亡而告终。

海洋鬃毛虫 扁沙蚕 交配的机会只有一次，所以最后的舞蹈最好不要独舞。为了确保许多蠕虫同时聚集，该物种将其繁殖时间与月球周期同步。

海底蠕虫如何辨别月亮何时最亮？进化论的答案是一个由分子缠绕的精确的天体时钟，它可以感知月光并将蠕虫的繁殖生活与月相同步。

没有人见过这些月光分子是如何工作的。然而，最近发表在《 自然通讯，德国研究人员 确定了不同的结构 刚毛虫体内的一种蛋白质在黑暗和阳光下都会吸收。他们还发现了生化细节，有助于解释蛋白质如何区分更明亮的阳光和更柔和的月光。

这是科学家第一次确定负责将生物钟与月相同步的蛋白质的分子结构。这位生物化学家说：“我不知道还有哪个系统被研究得如此复杂。” 布赖恩·克兰 康奈尔大学的教授，他没有参与这项新研究。

这些发现可能与包括人类在内的多种生物的生理学相关。 “我们没有其他例子可以让我们如此详细地了解这些机制，”说 伊娃·沃尔夫德国美因茨约翰内斯古腾堡大学的生物化学家，也是该论文的共同作者之一。 “这些研究帮助我们开始了解月光振荡器和月相同步是如何工作的。”

尽管今天我们更多的是在闹钟的响声中醒来，而不是在黎明的第一缕曙光中醒来，但我们的身体仍然与太阳保持同步。与许多其他动物一样，人类也有复杂的生物钟，称为生物钟，使身体的节律与黎明和黄昏的节拍同步。隐花色素蛋白是许多生物体生物钟的重要组成部分，它们要么像植物一样感知光，要么像人类一样与其他感知光的蛋白质协调。

尽管月亮比太阳暗数十万倍，但它也会定期照亮地球。从新月到满月再返回的一个完整周期持续 29.5 天。许多生物，特别是各种海洋生物，都使用农历作为可靠的时钟。众所周知，珊瑚、贻贝、海洋蠕虫甚至一些鱼类都会根据月相来调整繁殖活动的时间。

为了同步它们的昼夜节律，生物体必须以某种方式感知月光并将其与阳光区分开来，后者本质上是同一类型的光，只是强度要强得多。细胞到底是如何记住农历的——不仅能辨别月光和阳光，还能辨别满月和新月——在很大程度上仍然是个谜。

最近，科学家们开始怀疑隐花色素是否可能参与月球时钟，就像它们参与昼夜节律一样。 2007年，科学家发现 某些珊瑚的暗示，在光下更活跃地表达隐花色素蛋白。

几年前，沃尔夫与时间生物学家合作 克里斯汀·泰斯玛·雷布尔 维也纳大学马克斯·佩鲁茨实验室的规模不断壮大 P. 杜梅里利, 因为它将其再现与月相同步。他们证明，一种名为 L-Cry 的光感应隐花色素是蠕虫月球时钟的关键部分。他们团队的工作， 发表在2022，表明该蛋白质可以区分黑暗、阳光以及月光。

然而，目前尚不清楚这种蛋白质是如何发挥作用的。事实上，没有一个生物体的昼夜节律是在生化水平上被理解的。

“它被完全忽视了，”沃尔夫说。 “那个轻微的月光信号没有被认真对待。总是阳光与黑暗的对抗。”

为了了解 L-Cry 的工作原理，研究人员希望捕捉到其结构在光照下如何变化。 Wolf 将蠕虫 L-Cry 蛋白运送到科隆大学，以便对它们进行成像 埃尔玛·贝尔曼的结构生物化学实验室，专门研究敏感的短暂蛋白质。但贝尔曼经验丰富的团队多年来一直在努力让 L-Cry 表现得足够好，以便可以通过冷冻电子显微镜进行成像。

他们当时并不知道，光线正在潜入样本中。 “可能有一年半的时间，当我们认为我们是在黑暗中工作时，我们还不够黑暗，”贝尔曼说。用黑色硅胶胶带遮住每个门口的裂缝并闪烁 LED 灯后，他们终于得到了清晰的图像。

在黑暗中， 杜氏松的 L-Cry 蛋白以称为二聚体的结合对形式结合在一起。当它们受到强烈阳光的照射时，二聚体会再次分裂成两个单体。

克兰说，这与植物中感光隐花色素区分阳光和黑暗的方式相反。植物隐花色素在阳光下聚集，在黑暗中分裂。

这些实验并未直接捕获 L-Cry 的月光形式，但对二聚体结构的新理解揭示了 L-Cry 如何区分月光和阳光。这种蛋白质的月光形式只能由黑暗二聚体产生，而不能由自由漂浮的阳光形式产生。这有助于解释蠕虫如何避免将黎明和黄昏的微光误认为月光。

尽管这项研究只关注一种动物的一种蛋白质，但我们有理由认为，这种月球计时机制是进化故事的一部分，超越了刚毛虫的悲惨月光浪漫史。 “其他类型的密码色素很可能也采用这种机制，”克兰说。

其他动物也有每月的繁殖周期，尽管它们不一定与月球直接相关。泰斯玛-雷布尔说，例如，我们人类的周期与月球周期的长度大致相同。 “根据定义，月经周期是每月的振荡器。”

月相在同步人类月经周期方面可能发挥的作用是 高度 争议。即便如此，月经、月份和月亮的共同点不仅仅是词源。泰斯玛-雷布尔说，与月相同步变化的刚毛虫激素在人类中具有近亲。 “我认为说蠕虫可能为[理解]人类每月的繁殖时间铺平道路并不牵强。”也许我们现代的 28 天节律是进化的残余物，是由一些古老的细胞时钟装置拼凑而成的，在一些浅原始海洋中，这些时钟装置曾经帮助海洋蠕虫保持与月球周期的时间。

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