나폴리 만의 어느 여름 밤, 쇠퇴하는 달빛 아래 벌레 떼가 해초에서 수면을 향해 위로 헤엄쳐 나왔습니다. 얼마 지나지 않아 그 생물들은 끔찍한 성적 변태를 시작했습니다. 그들의 소화 시스템은 쇠약해졌고, 헤엄치는 근육은 성장했으며, 그들의 몸은 난자와 정자로 채워졌습니다. 이제 성세포가 들어 있는 근육질 주머니에 불과한 손가락 길이의 생물은 일제히 표면으로 날아올라 몇 시간에 걸쳐 광란의 결혼식 춤을 추며 서로를 맴돌았습니다. 그들은 셀 수 없이 많은 알과 정자를 만에 방출했고, 달빛 아래 왈츠가 끝나자 벌레들은 죽었습니다.

바다 강모 벌레 플라티네레이스 듀메릴리 짝짓기 기회는 단 한 번뿐이므로 마지막 춤은 솔로가 아닌 것이 좋습니다. 많은 벌레가 동시에 모이도록 하기 위해 이 종은 번식 시기를 달의 주기와 동기화합니다.

해저 벌레는 달이 가장 밝은 때를 어떻게 알 수 있습니까? Evolution의 대답은 달빛을 감지하고 벌레의 생식 활동을 달의 위상과 동기화할 수 있는 분자로 감겨진 정확한 천구 시계입니다.

달빛 분자 중 하나가 어떻게 작동하는지 본 사람은 아무도 없었습니다. 그러나 최근에 발표된 연구에서는 자연 통신, 독일 연구진 다양한 구조를 결정 강모벌레에 있는 그러한 단백질 중 하나가 어둠과 햇빛에서 흡수된다는 것입니다. 그들은 또한 단백질이 더 밝은 햇빛과 부드러운 달빛을 어떻게 구별하는지 설명하는 데 도움이 되는 생화학적 세부 사항을 발견했습니다.

과학자들이 생물학적 시계를 달의 위상과 동기화시키는 역할을 하는 단백질의 분자 구조를 밝혀낸 것은 이번이 처음입니다. “이 정도로 정교하게 검토된 시스템이 또 있는지는 모르겠습니다.”라고 생화학자는 말했습니다. 브라이언 크레인 새로운 연구에 참여하지 않은 코넬 대학의.

그러한 발견은 인간을 포함한 많은 종류의 생물의 생리학과 관련이 있을 수 있습니다. “우리는 이러한 메커니즘을 이렇게 분자적으로 자세히 이해한 다른 예는 없습니다.”라고 말했습니다. 에바 울프, 독일 마인츠 요하네스 구텐베르크 대학의 생화학자이자 논문의 공동 저자 중 한 명입니다. "이러한 연구는 달빛 발진기와 달 위상 동기화가 어떻게 작동하는지 알 수 있도록 도와줍니다."

오늘날 우리는 새벽의 첫 번째 빛보다 자명종 소리에 더 자주 깨어나지만, 우리 몸은 여전히 ​​태양과 시간을 맞추고 있습니다. 다른 많은 동물과 마찬가지로 인간의 경우 생체 시계라고 불리는 정교한 생물학적 시계가 신체의 리듬을 새벽과 황혼의 박자에 맞춰 동기화합니다. 크립토크롬 단백질은 식물처럼 빛을 감지하거나 인간처럼 빛을 감지하는 다른 단백질과 조화를 이루는 많은 유기체의 일주기 시계의 중요한 부분입니다.

달은 태양보다 수십만 배 더 어두우면서도 정기적으로 지구를 비춥니다. 초승달부터 보름달까지 그리고 다시 보름달까지의 전체 주기는 29.5일 동안 지속됩니다. 많은 유기체, 특히 다양한 종류의 해양 생물은 이 음력을 신뢰할 수 있는 시계로 사용합니다. 산호, 홍합, 해양 벌레, 심지어 일부 물고기까지도 달의 위상에 맞춰 생식 활동 시간을 조절하는 것으로 알려져 있습니다.

월주 시계를 동기화하려면 유기체는 어떻게든 달빛을 감지하고 이를 햇빛과 구별해야 합니다. 햇빛은 본질적으로 동일한 유형의 빛이지만 훨씬 더 강렬합니다. 세포가 정확히 어떻게 음력을 유지하는지, 즉 달빛과 햇빛을 식별하는 것뿐만 아니라 보름달과 신월을 식별하는 방법은 여전히 ​​대부분 미스터리입니다.

최근 과학자들은 크립토크롬이 일주기 리듬과 마찬가지로 달 시계에도 관여할 수 있는지 궁금해하기 시작했습니다. 2007년에 과학자들은 특정 산호에 대한 힌트, 이는 빛 아래에서 크립토크롬 단백질을 더 활발하게 발현했습니다.

몇 년 전, 울프는 시간생물학자와 합류했습니다. 크리스틴 테스마-레이블 비엔나 대학교 Max Perutz 연구소의 성장 P. 듀메릴리, 재생산을 달의 위상과 동기화하기 때문입니다. 그들은 L-Cry라고 불리는 빛을 감지하는 크립토크롬이 벌레의 달 시계의 중요한 부분이라는 것을 증명했습니다. 그들의 팀의 작업, 2022에 게시, 이 단백질은 달빛뿐만 아니라 햇빛과 어둠도 구별할 수 있음을 보여주었습니다.

그러나 단백질이 어떻게 작용하는지는 명확하지 않았습니다. 사실 단일 유기체의 월주기 시계는 생화학적 수준에서 이해되지 않았습니다.

울프는 “상당히 간과됐다”고 말했다. “그 작은 달빛 신호는 심각하게 받아들여지지 않았습니다. 항상 태양 대 어둠이었습니다.”

L-Cry의 작동 방식을 알아보기 위해 연구원들은 빛에 노출되었을 때 구조가 어떻게 변하는지 포착하고 싶었습니다. Wolf는 벌레의 L-Cry 단백질을 쾰른 대학에 보내서 이미지를 만들었습니다. 엘마 베르만민감한 임시 단백질을 전문으로 하는 구조 생화학 연구실입니다. 그러나 Behrmann의 숙련된 팀은 L-Cry가 저온 전자 현미경으로 이미지를 촬영할 수 있을 만큼 잘 작동하도록 하기 위해 수년 동안 노력했습니다.

당시에는 몰랐지만 빛이 샘플 속으로 몰래 들어가고 있었습니다. “아마도 XNUMX년 반 동안 우리가 어둠 속에서 일하고 있다고 생각했을 때 우리는 충분히 어둡지 않았습니다.”라고 Behrmann은 말했습니다. 출입구의 틈과 깜박이는 LED를 검정색 실리콘 테이프로 모두 덮은 후 마침내 선명한 사진을 얻을 수 있었습니다.

어두운 데에서, P. 두메릴리L-Cry 단백질은 이량체(dimer)라고 불리는 결합된 쌍으로 결합됩니다. 강렬한 햇빛에 노출되면 이량체는 다시 두 개의 단량체로 분해됩니다.

이는 빛을 감지하는 크립토크롬이 식물의 햇빛과 어둠을 구별하는 방식과 정반대라고 Crane은 말했습니다. 식물의 크립토크롬은 햇빛 아래서 그룹화되고 어둠 속에서 부서집니다.

L-Cry의 달빛 형태는 이 실험에서 직접 포착되지 않았지만 이합체 구조에 대한 새로운 이해는 L-Cry가 달빛과 햇빛을 어떻게 구별하는지 보여줍니다. 달빛 형태의 단백질은 자유롭게 떠다니는 햇빛 형태가 아닌 암흑 이량체에서만 생성될 수 있습니다. 이것은 벌레가 새벽과 황혼의 희미한 빛을 달빛으로 착각하지 않는 방법을 설명하는 데 도움이 됩니다.

이 연구는 동물 한 마리에 있는 단 하나의 단백질에 초점을 맞추고 있지만, 이 달의 시간 측정 메커니즘은 강모벌레의 비극적인 달빛 로맨스를 넘어서는 진화론적 이야기의 일부라고 생각할 이유가 있습니다. Crane은 "다른 유형의 크립토크롬도 이러한 유형의 메커니즘을 사용하는 것이 가능합니다."라고 말했습니다.

다른 동물들은 월별 생식 주기를 갖고 있지만 반드시 달과 직접 연결되어 있는 것은 아닙니다. 예를 들어, 우리 인간은 달의 주기와 거의 같은 길이의 주기를 가지고 있다고 Tessmar-Raible은 말했습니다. "정의에 따르면 월경주기는 월별 진동자입니다."

인간의 월경주기를 동기화하는 데 있어서 달의 위상이 할 수 있는 역할은 다음과 같습니다. 고도로 논쟁의. 그럼에도 불구하고 월경, 달, 달은 어원적 뿌리 이상의 의미를 공유할 수 있습니다. 달의 위상과 동기화되어 움직이는 강모 벌레 호르몬은 인간에게도 가까운 사촌이 있다고 Tessmar-Raible은 말했습니다. "나는 벌레가 인간의 월간 생식 시기를 [이해]하는 길을 닦을 수 있다고 말하는 것이 너무 무리하다고 생각하지 않습니다." 아마도 우리의 현대 28일 리듬은 한때 얕은 원시 바다에서 해양 벌레가 달의 주기에 맞춰 시간을 맞추는 데 도움이 되었던 오래된 세포 시계 장치의 조각을 엮어 만든 진화의 잔재일 것입니다.

콴타 에서는 청중에게 더 나은 서비스를 제공하기 위해 일련의 설문조사를 실시하고 있습니다. 우리의 생물학 독자 설문조사 그러면 당신은 무료로 승리할 수 있는 자격을 얻게 될 것입니다 콴타 상품.