Многие жители морей подстраивают свои биоритмы под лунные циклы. Недавно биологи выяснили, как червь-полихета Platynereis dumerilii использует для этого свой уникальный белок — криптохром. Он активируется на свету — полностью или частично, в зависимости от того, лунный либо солнечный свет падает на червя. С помощью криптохрома полихеты даже способны заметить смену фаз Луны.
Все живое на земле живет согласно биологическим ритмам — суточным, годовым и так далее. Для морских существ также важны лунные (циркалунарные) циклы, длительность которых в среднем составляет 29,5 дня. Чтобы подстраивать свои «внутренние часы», животные могут использовать свет Луны, но для этого его нужно отличать от солнечного, который намного ярче.
Уникальное приспособление для регуляции таких циклов обнаружили авторы новой статьи для Nature Communications. Они исследовали особый белок криптохром, имеющийся у морского многощетинкового червя (полихеты) Platynereis dumerilii.
Криптохромы — это чрезвычайно важные белки, которые есть у самых разных организмов и способны реагировать на свет. Иногда криптохромы могут брать на себя и другую функцию — как в случае птиц, «видящих» с их помощью магнитное поле, что необходимо им для длительных перелетов.
Однако только что описанный учеными криптохром L-Cry морского червя уникален. Известно, что он помогает P. dumerilii вовремя начать размножение — как у многих обитателей моря, оно зависит от циркалунарных циклов. Авторы новой публикации выяснили молекулярные механизмы работы этого белка, которые сильно отличают его от других криптохромов.
Ученые использовали криоэлектронную микроскопию — изучение молекул после глубокой шоковой заморозки, которое позволяет получить их структуру в максимальном разрешении. Также требовалось узнать, как L-Cry реагирует на свет. Авторы признали, что это было непросто, ведь все опыты пришлось проводить в темноте или под особым красным светом. Иначе фоточувствительный белок можно «засветить», тогда зафиксировать нужную реакцию не получится. Кроме того, чтобы имитировать реальное освещение в море, требовалось умело воспроизвести сияние небесных светил в толще воды.
Оказалось, что в темноте L-Cry переходит в форму димера — двух одинаковых частей (субъединиц), соединенных между собой нестабильной связью. Но стоит подействовать на него ярким светом, как криптохром распадается на части — два мономера. Примечательно, что у других криптохромов все наоборот: они димеризуются на свету.
При этом субъединицы L-Cry и сами по себе «ощущают» свет — способны по отдельности активироваться в его лучах. Интенсивное освещение «включает» обе субъединицы, тогда как менее яркий свет (соответствует лунному) активирует лишь одну.
За счет таких процессов P. dumerilii не просто чувствует свет, но и отличает лунный от солнечного. Исследователи утверждают, что червь даже замечает смену фаз Луны, которые соответствуют разным периодам месячного цикла и разной яркости ночного светила.
Новая работа дает понять, насколько мало мы по-прежнему знаем о жизни в море — как на уровне биоразнообразия, так и о молекулярной организации существ.