في إحدى ليالي الصيف في خليج نابولي، سبحت جحافل من الديدان صعودًا من الأعشاب البحرية نحو سطح الماء تحت ضوء القمر المتضائل. قبل فترة ليست طويلة، بدأت هذه المخلوقات في تحول جنسي شنيع: ذبل جهازها الهضمي، ونمت عضلات السباحة، بينما امتلأت أجسامها بالبيض أو الحيوانات المنوية. هذه المخلوقات التي يبلغ طولها الإصبع، والتي أصبحت الآن مجرد أكياس عضلية من الخلايا الجنسية، ترفرف إلى السطح في انسجام تام، وعلى مدى بضع ساعات، دارت حول بعضها البعض في رقصة زفاف محمومة. لقد أطلقوا عددًا لا يحصى من البويضات والحيوانات المنوية في الخليج، ثم انتهت رقصة الفالس المقمرة بموت الديدان.

الدودة الخشنة البحرية بلاتينيرييس دوميريلي يحصل على فرصة واحدة فقط للتزاوج، لذا من الأفضل ألا تكون رقصته الأخيرة منفردة. ولضمان تجمع العديد من الديدان في نفس الوقت، تقوم هذه الأنواع بمزامنة توقيت تكاثرها مع دورات القمر.

كيف يمكن لدودة تعيش تحت سطح البحر أن تعرف متى يكون القمر في قمة سطوعه؟ إجابة التطور هي عبارة عن ساعة سماوية دقيقة ملفوفة بواسطة جزيء يمكنه استشعار أشعة القمر ومزامنة الحياة الإنجابية للديدان مع المراحل القمرية.

لم يسبق لأحد أن رأى كيف تعمل إحدى جزيئات ضوء القمر هذه. ولكن في الآونة الأخيرة، في دراسة نشرت في طبيعة الاتصالات، باحثون في ألمانيا تحديد الهياكل المختلفة أن أحد هذه البروتينات الموجودة في الديدان الشعرية يأخذها في الظلام وأشعة الشمس. وكشفوا أيضًا عن تفاصيل كيميائية حيوية تساعد في تفسير كيفية تمييز البروتين بين أشعة الشمس الأكثر سطوعًا وأشعة القمر الأكثر هدوءًا.

إنها المرة الأولى التي يحدد فيها العلماء التركيب الجزيئي لأي بروتين مسؤول عن مزامنة الساعة البيولوجية مع مراحل القمر. قال عالم الكيمياء الحيوية: «لست على علم بوجود نظام آخر تمت دراسته بهذه الدرجة من التعقيد». بريان كرين من جامعة كورنيل، الذي لم يشارك في الدراسة الجديدة.

يمكن أن تكون مثل هذه الاكتشافات ذات صلة بفسيولوجيا العديد من أنواع المخلوقات، بما في ذلك البشر. وقال: "ليس لدينا أي مثال آخر حيث نفهم هذه الآليات بمثل هذه التفاصيل الجزيئية". إيفا وولف، عالم الكيمياء الحيوية في جامعة يوهانس جوتنبرج في ماينز في ألمانيا وهو أحد المؤلفين المشاركين في هذه الورقة. "تساعدنا هذه الدراسات في البدء في معرفة كيفية عمل مذبذبات ضوء القمر والتزامن مع مراحل القمر."

على الرغم من أننا نستيقظ اليوم على صوت المنبه أكثر من أول ضوء الفجر، إلا أن أجسادنا لا تزال تحافظ على وقتها مع الشمس. عند البشر، كما هو الحال في العديد من الحيوانات الأخرى، تعمل الساعات البيولوجية المتطورة التي تسمى الساعات البيولوجية على مزامنة إيقاعات الجسم مع دقات الفجر وحلول الليل. تعد بروتينات الكريبتوكروم جزءًا مهمًا من الساعات البيولوجية للعديد من الكائنات الحية، إما باستشعار الضوء، كما هو الحال في النباتات، أو بالتنسيق مع البروتينات الأخرى التي تفعل ذلك، كما هو الحال في البشر.

وعلى الرغم من أن القمر أضعف من الشمس بمئات الآلاف من المرات، إلا أن القمر يضيء الأرض أيضًا وفقًا لجدول زمني منتظم. وتستمر الدورة الكاملة، من القمر الجديد إلى البدر والعودة مرة أخرى، 29.5 يومًا. تستخدم العديد من الكائنات الحية، وخاصة الأنواع المختلفة من الحياة البحرية، هذا التقويم القمري كساعة موثوقة. من المعروف أن المرجان وبلح البحر والديدان البحرية وحتى بعض الأسماك تحدد توقيت نشاطها الإنجابي ليتوافق مع مراحل القمر.

لمزامنة ساعاتها القمرية، يجب على الكائنات الحية أن تستشعر ضوء القمر بطريقة أو بأخرى وتميزه عن ضوء الشمس، الذي هو في الأساس نفس النوع من الضوء، ولكن أكثر كثافة بكثير. إن الطريقة الدقيقة التي تتمكن بها الخلايا من الحفاظ على التقويم القمري - ليس فقط لتمييز ضوء القمر من ضوء الشمس، ولكن أيضًا البدر من القمر الجديد - لا تزال غامضة إلى حد كبير.

في الآونة الأخيرة، بدأ العلماء يتساءلون عما إذا كان للكريبتوكروم دور في الساعات القمرية، كما هو الحال في إيقاعات الساعة البيولوجية. وفي عام 2007، اكتشف العلماء تلميحات في بعض الشعاب المرجانية، والتي تعبر عن بروتينات الكريبتوكروم بشكل أكثر نشاطًا تحت الضوء.

قبل بضع سنوات، انضم وولف إلى عالم الأحياء الزمني كريستين تيسمار رايبل من مختبرات ماكس بيروتز بجامعة فيينا في النمو P. دوميريلي, لأنه يزامن تكاثره مع مراحل القمر. لقد أثبتوا أن الكريبتوكروم المستشعر للضوء والمسمى L-Cry هو جزء مهم من الساعة القمرية للدودة. عمل فريقهم، نشرت في 2022وأظهر أن البروتين يمكنه تمييز الظلام عن ضوء الشمس، وكذلك ضوء القمر.

ومع ذلك، لم يكن من الواضح كيف يعمل البروتين. في الواقع، لم يتم فهم الساعة الدائرية لأي كائن حي على المستوى الكيميائي الحيوي.

قال وولف: "لقد تم التغاضي عن ذلك تمامًا". "لم يتم أخذ إشارة ضوء القمر البسيطة هذه على محمل الجد. كان الأمر دائمًا هو الشمس مقابل الظلام.

لمعرفة كيفية عمل L-Cry، أراد الباحثون التقاط كيفية تغير هيكله عندما تعرض للضوء. قام وولف بشحن بروتينات الدودة L-Cry إلى جامعة كولونيا حتى يمكن تصويرها إلمار بيرمانمختبر الكيمياء الحيوية الهيكلية، المتخصص في البروتينات الحساسة سريعة الزوال. لكن فريق بيرمان ذو الخبرة ناضل لسنوات لجعل L-Cry يتصرف بشكل جيد بما يكفي لتصويره بواسطة المجهر الإلكتروني المبرد.

ولم يعرفوا ذلك في ذلك الوقت، لكن الضوء كان يتسلل إلى العينات. قال بيرمان: "ربما لمدة عام ونصف، عندما اعتقدنا أننا نعمل في الظلام، لم نكن مظلمين بما فيه الكفاية". وبعد تغطية كل صدع في المدخل ومصباح LED الوامض بشريط سيليكون أسود، حصلوا أخيرًا على صورة واضحة.

في الظلام، P. dumeriliiتترافق بروتينات L-Cry في أزواج مرتبطة تسمى dimers. وعندما تتعرض لأشعة الشمس الشديدة، تتفكك الثنائيات إلى اثنين من المونومرات مرة أخرى.

وقال كرين إن هذا هو عكس الطريقة التي تخبر بها الكريبتوكرومات المستشعرة للضوء ضوء الشمس من الظلام في النباتات. تتجمع نباتات الكريبتوكروم في ضوء الشمس وتتفكك في الظلام.

لم يتم التقاط شكل ضوء القمر لـ L-Cry بشكل مباشر في هذه التجارب، لكن الفهم الجديد للهياكل الخافتة يكشف كيف يميز L-Cry ضوء القمر عن ضوء الشمس. يمكن إنشاء شكل ضوء القمر من البروتين فقط من الظلام الخافت - وليس من شكل ضوء الشمس العائم بحرية. يساعد هذا في تفسير كيفية تجنب الديدان الخلط بين الضوء الخافت عند الفجر والغسق وضوء القمر.

على الرغم من أن هذه الدراسة تركز على بروتين واحد فقط في حيوان واحد، إلا أن هناك سببًا للاعتقاد بأن آلية التوقيت القمري هذه هي جزء من قصة تطورية تتجاوز الروايات الرومانسية المأساوية للدودة الخشنة. وقال كرين: "من المحتمل جدًا أن تستخدم أنواع أخرى من الكرومات المشفرة أيضًا هذا النوع من الآليات".

لدى حيوانات أخرى دورات إنجابية شهرية، رغم أنها لا ترتبط بالضرورة بالقمر بشكل مباشر. قالت تيسمار-رايبل: نحن البشر، على سبيل المثال، لدينا دورة تساوي تقريبًا طول الدورة القمرية. "الدورة الشهرية، حسب تعريفها، هي مذبذب شهري."

أي دور محتمل لمراحل القمر في مزامنة الدورة الشهرية للإنسان هو جدا المثير للجدل. ومع ذلك، فإن الحيض والأشهر والقمر يمكن أن يشتركوا في أكثر من جذور اشتقاقية. وقالت تيسمار رايبل إن هرمونات الدودة الشعرية التي تتأرجح بشكل متزامن مع المراحل القمرية لها أبناء عمومة قريبون لدى البشر. "لا أعتقد أنه من المستبعد أن نقول إن الديدان قد تمهد الطريق لفهم توقيت التكاثر الشهري لدى البشر". ربما تكون إيقاعاتنا الحديثة التي تبلغ 28 يومًا هي بقايا تطورية، تم تجميعها معًا من أجزاء من الساعة الخلوية القديمة التي ساعدت ذات يوم، في بعض البحار البدائية الضحلة، الديدان البحرية على الحفاظ على الوقت لدورة القمر.

كوانتا تجري سلسلة من الدراسات الاستقصائية لخدمة جمهورنا بشكل أفضل. خذ خاصتنا مسح قارئ علم الأحياء وسيتم إدخالك للفوز مجانا كوانتا بضائع.