Napoli Körfezi'nde bir yaz gecesi, solucan sürüleri, azalan ayın ışığı altında deniz çayırlarından su yüzeyine doğru yüzüyordu. Kısa bir süre önce yaratıklar korkunç bir cinsel metamorfoza başladı: Sindirim sistemleri zayıfladı, yüzme kasları büyüdü, vücutları yumurta veya spermle doldu. Artık seks hücrelerinden oluşan kaslı torbalardan biraz daha fazlası olan parmak uzunluğundaki yaratıklar, uyum içinde yüzeye uçtular ve birkaç saat boyunca çılgın bir evlilik dansı yaparak birbirlerinin etrafında döndüler. Körfeze sayısız yumurta ve sperm saldılar ve ardından ay ışığının aydınlattığı vals, solucanların ölümüyle sona erdi.

Deniz kıl kurdu Platynereis dumerilii Çiftleşmek için sadece bir şansı var, bu yüzden son dansı solo olmasa iyi olur. Birçok solucanın aynı anda bir araya gelmesini sağlamak için tür, üreme zamanlamasını ayın döngüleriyle senkronize eder.

Bir deniz altı solucanı ayın en parlak olduğu zamanı nasıl anlayabilir? Evrimin cevabı, ay ışınlarını algılayabilen ve solucanların üreme yaşamlarını ayın evreleriyle senkronize edebilen bir molekül tarafından kurulan hassas bir gök saatidir.

Bu ay ışığı moleküllerinden birinin nasıl çalıştığını hiç kimse görmemişti. Ancak yakın zamanda yayınlanan bir çalışmada Doğa İletişimAlmanya'daki araştırmacılar farklı yapıları belirledik Kıl kurtlarındaki böyle bir protein karanlıkta ve güneş ışığında alınır. Ayrıca proteinin daha parlak güneş ışınları ile daha yumuşak ay ışığı arasında nasıl ayrım yaptığını açıklamaya yardımcı olan biyokimyasal detayları da ortaya çıkardılar.

Bilim insanları, biyolojik saati ayın evreleriyle senkronize etmekten sorumlu herhangi bir proteinin moleküler yapısını ilk kez belirledi. Biyokimyacı, "Bu derece karmaşıklıkla incelenen başka bir sistemin farkında değilim" dedi. Brian Vinç Yeni çalışmaya dahil olmayan Cornell Üniversitesi'nden.

Bu tür keşifler, insanlar da dahil olmak üzere pek çok canlı türünün fizyolojisiyle alakalı olabilir. "Bu mekanizmaları bu kadar moleküler ayrıntıda anladığımız başka bir örneğimiz yok" dedi Eva KurtMakalenin ortak yazarlarından biri olan Almanya'daki Johannes Gutenberg Mainz Üniversitesi'nden biyokimyacı. "Bu çalışmalar, ay ışığı osilatörlerinin ve ay evreleriyle senkronizasyonun nasıl çalışabileceğini bilmemize yardımcı oluyor."

Bugün şafağın ilk ışıklarından çok alarm sesiyle uyanıyor olsak da vücudumuz hala güneşe uyum sağlıyor. Diğer birçok hayvanda olduğu gibi insanlarda da sirkadiyen saatler adı verilen gelişmiş biyolojik saatler, vücudun ritimlerini gün doğumu ve akşam vaktinin ritimleriyle senkronize eder. Kriptokrom proteinleri, bitkilerde olduğu gibi ışığı algılayan veya insanlarda olduğu gibi bunu yapan diğer proteinlerle koordineli olarak birçok organizmanın sirkadiyen saatlerinin önemli parçalarıdır.

Ay, Güneş'ten yüzbinlerce kat daha sönük olmasına rağmen Dünya'yı da düzenli bir şekilde aydınlatır. Yeni aydan dolunaya ve tekrar dolunaya kadar olan tam döngü 29.5 gün sürer. Pek çok organizma, özellikle de çeşitli deniz yaşamı türleri, bu ay takvimini güvenilir bir saat olarak kullanır. Mercanların, midyelerin, deniz solucanlarının ve hatta bazı balıkların üreme aktivitelerini ayın evrelerine uyacak şekilde zamanladıkları biliniyor.

Organizmaların dairesel saatlerini senkronize etmek için bir şekilde ay ışığını algılaması ve onu aslında aynı tür ışık olan ancak çok daha yoğun olan güneş ışığından ayırması gerekir. Hücrelerin ay takvimini tam olarak nasıl tutmayı başardıkları (sadece ay ışığını güneş ışığından değil aynı zamanda dolunayı yeni aydan ayırt etme) hâlâ büyük ölçüde gizemli.

Son zamanlarda bilim insanları, kriptokromların sirkadiyen ritimlerde olduğu gibi ay saatlerinde de rol oynayabileceğini merak etmeye başladılar. 2007'de bilim insanları buldu bazı mercanlarda ipuçlarıışık altında kriptokrom proteinlerini daha aktif bir şekilde ifade eden.

Wolf birkaç yıl önce kronobiyologla bir araya geldi Kristin Tessmar-Raible Viyana Üniversitesi Max Perutz Laboratuvarları büyüyecek P. dumerilii, çünkü üremesini ayın evreleriyle senkronize ediyor. L-Cry adı verilen ışığa duyarlı kriptokromun solucanın ay saatinin kritik bir parçası olduğunu kanıtladılar. Ekibinin çalışması, 2022 yayınlanan, proteinin karanlığı güneş ışığından ve ay ışığından ayırt edebildiğini gösterdi.

Ancak proteinin nasıl çalıştığı belli değildi. Aslında biyokimyasal düzeyde tek bir organizmanın dairesel saati anlaşılamadı.

Wolf, "Oldukça gözden kaçırıldı" dedi. "Bu küçük ay ışığı sinyali ciddiye alınmadı. Her zaman güneş karanlığa karşıydı.”

L-Cry'ın nasıl çalıştığını öğrenmek için araştırmacılar, ışığa maruz kaldığında yapısının nasıl değiştiğini yakalamak istediler. Wolf, solucan L-Cry proteinlerini görüntülenebilmeleri için Köln Üniversitesi'ne gönderdi. Elmar Behrmannhassas, geçici proteinler konusunda uzmanlaşmış yapısal biyokimya laboratuvarı. Ancak Behrmann'ın deneyimli ekibi, L-Cry'ın kriyo-elektron mikroskobu tarafından görüntülenebilecek kadar iyi davranmasını sağlamak için yıllarca uğraştı.

O zamanlar bunu bilmiyorlardı ama ışık örneklerin içine sızıyordu. Behrmann, "Muhtemelen bir buçuk yıl boyunca karanlıkta çalıştığımızı sandığımızda yeterince karanlık değildik" dedi. Kapı aralığındaki her çatlağı ve yanıp sönen LED'i siyah silikon bantla kapattıktan sonra nihayet net bir görüntü elde ettiler.

Karanlıkta, P. dumeriliiL-Cry proteinleri, dimer adı verilen bağlı çiftler halinde bir araya gelir. Yoğun güneş ışığına maruz kaldıklarında dimerler tekrar iki monomere ayrılıyor.

Crane, bunun, ışığa duyarlı kriptokromların bitkilerdeki karanlıktan güneş ışığını ayırma şeklinin tam tersi olduğunu söyledi. Bitki kriptokromları güneş ışığında gruplanır ve karanlıkta parçalanır.

L-Cry'ın ay ışığı formu bu deneylerde doğrudan yakalanmadı ancak dimer yapılarına ilişkin yeni anlayış, L-Cry'ın ay ışığını güneş ışığından nasıl ayırt ettiğini ortaya koyuyor. Proteinin ay ışığı formu, serbest yüzen güneş ışığı formundan değil, yalnızca karanlık dimerden oluşturulabilir. Bu, solucanların şafak ve akşam karanlığının loş ışıklarını ay ışığıyla karıştırmaktan nasıl kaçındıklarını açıklamaya yardımcı olur.

Her ne kadar bu çalışma bir hayvandaki tek bir proteine ​​odaklansa da, bu ay zamanlama mekanizmasının, kıl solucanının ay ışığının aydınlattığı trajik aşklarının ötesine geçen evrimsel bir hikayenin parçası olduğunu düşünmek için nedenler var. Crane, "Diğer kriptokrom türlerinin de bu tür mekanizmayı kullanması oldukça olası" dedi.

Diğer hayvanların aylık üreme döngüleri vardır, ancak bunların doğrudan aya bağlı olması gerekmez. Tessmar-Raible, örneğin biz insanların, ay döngüsüyle hemen hemen aynı uzunlukta bir döngüye sahip olduğumuzu söyledi. "Adet döngüsü, tanım gereği, aylık bir osilatördür."

Ay evrelerinin insan adet döngüsünün senkronizasyonunda olası herhangi bir rolü büyük ölçüde tartışmalı. Yine de adet dönemleri, aylar ve ay, etimolojik köklerden daha fazlasını paylaşıyor olabilir. Tessmar-Raible, ayın evreleriyle senkronize olarak salınan kıl kurdu hormonlarının insanlarda yakın kuzenleri olduğunu söyledi. "Solucanların insanlarda aylık üreme zamanlamasını anlamanın önünü açabileceğini söylemenin çok abartılı olduğunu düşünmüyorum." Belki de modern 28 günlük ritimlerimiz, sığ bir ilkel denizde bir zamanlar deniz solucanlarının ayın döngüsüne göre zaman tutmasına yardımcı olan eski hücresel saat mekanizmasının parçalarından bir araya getirilmiş evrimsel artıklardır.

Kuantum izleyicilerimize daha iyi hizmet verebilmek için bir dizi anket yürütüyor. Bizimkini al biyoloji okuyucu anketi ve ücretsiz kazanmak için girileceksiniz Kuantum mal.