Biomasă critică

Exact de ce avem nevoie de somn este încă o întrebare deschisă. Cu toate acestea, cert este că ciclul somn-veghe este unul dintre cele mai importante dintre ritmurile circadiene. Ciclurile repetitive cu o perioadă de aproximativ 24 de ore (cum ar fi tensiunea arterială, temperatura corpului și fluctuațiile zilnice ale cantității de hormoni și enzime) ajută organismele să se adapteze la alternanța dintre zi și noapte. De la algele albastre procariote la oameni, există un ceas interior în viețuitoare, care oferă o periodicitate circadiană independentă de mediul extern, care cvasi-interpretează organele, celulele, când este zi și când este noapte. În întuneric complet, în condiții constante, ceasul intern „funcționează liber”, adică setează un ciclu de aproximativ 23-25 de ore, dar parametrii mediului extern numit zeitgeber sunt capabili să regleze timpul.

La vertebrate, ceasul intern primar este hipotalamusul supracasmatic magși (SCN, nucelus suprachiasmaticus), în caz contrar încetează toate ritmurile circadiene. Mai multe organe umane (cum ar fi esofagul, plămânii, ficatul, splina, rinichii, timusul și pielea) s-au dovedit a avea ritmuri circadiene independente coordonate de „stăpân”, SCN. Se exprimă periodic în celulele SCN pentru controlul ritmului circadian Ceas (Clk) și Perioada2 (Per2) genele sunt responsabile.La mamifere, informațiile din celulele fotosensibile ale ganglionilor retinei care conțin melanopsină vin direct în nucleul supracasmatic sub joncțiunea nervului optic. La alte vertebrate, pe lângă retină, există chiar și celule fotosensibile în anumite regiuni ale creierului (inclusiv glanda pineală) care ar putea fi implicate în mod egal în reglarea fină a ceasului intern.

Echipa de cercetare a lui Nick Foulkes studiază ritmurile circadiene în peștele zebră. Pentru a afla exact care este mecanismul prin care lumina sincronizează ceasul interior, un pește de peșteră somalez a fost comparat cu un pește zebră, care aparține și crapului, dar s-a adaptat complet întunericului în câteva milioane de ani petrecuți în peșteri. Phreatichthys andruzzii prezentate în Figura B prezintă o adaptare troglomorfă extremă, nu are solzi, piele nepigmentată și regresează inițiativa oculară în etapele incipiente ale dezvoltării individuale. În timp ce peștii zebra adulți au prezentat un timp caracteristic al comportamentului dependent de zi în condiții experimentale de la 12 h lumină la 12 h întuneric (12-12 LD) (Fig. E), comportamentul Phreatichthys a părut a fi complet aleatoriu (Fig. F). Examinând expresia luminii și a genelor interne reglate de ceas (Per2, Cry1a, Cry5 și Clk1a, Clk2, Per1, Per1b) la adulți, embrioni de pești și celule izolate, s-a găsit aceeași diferență între cele două specii de pești (Figurile G, H, I, J).), Chiar și în prima zi de dezvoltare individuală, când inițiativa ochiului este încă prezentă la peștii care mai târziu devin orbi.

Pe baza rezultatelor, nu era chiar evident că peștilor din peșteră îi lipsea ceasul intern în sine sau pur și simplu nu se sincronizau cu lumina. Pentru a decide acest lucru, a fost testat efectul apariției periodice a alimentelor, o alternativă obișnuită alternativă: ambele tipuri de pești au fost hrăniți cu o agendă strictă, în timp ce au fost păstrați în întuneric constant timp de 30 de zile. Atât peștele zebră, cât și peștele din peșteră au devenit mai activi pe măsură ce s-a apropiat timpul de hrănire, prezentând așa-numita activitate de anticipare a alimentelor (FAA). Examinând fenomenul la nivel molecular, s-a constatat că ceasul și per gene ar putea fi sincronizate în întuneric complet prin disponibilitatea periodică a hranei atât în peștele zebră (Figurile B, D și F), cât și peștele din peșteră (Figurile C, E, și G).

Unul, peștele zebră per1b Dexametazona (agonistul glucocorticoid) a reușit să ofere expresie periodică a luciferazei la 43 de ore, dar nu la perioada circadiană. Toate acestea arată că orbii Phreatichthys andruzzii care trăiesc în peșteră au un ceas intern, dar este foarte diferit de mediu și este, de asemenea, dependent de temperatură și nu poate fi influențat de lumină. Autorii au verificat apoi în mod sistematic exact care a fost cauza ultimului fenomen. În cele din urmă, s-a constatat că moleculele fotosensibile produse la peștii orbi, și anume melanopsina și TMT-opsina, conțin o mutație care nu are domeniul lor de fotosensibilitate și, prin urmare, nu răspunde în mod specific la lumină (partea A din figura de mai jos). Când proteinele corespunzătoare din peștele zebră au fost exprimate și prin construcția reporter de mai sus în celulele CF, au putut obține activitate de luciferază dependentă de lumină (C și D) [2].

În timpul adaptării sale la aproximativ 2 milioane de ani de întuneric total și condiții constante de temperatură, ceasul intern din Phreatichthys andruzzii a dobândit proprietăți neobișnuite: în absența sincronizării luminii, timpul perioadei sale aproape sa dublat sau și-a pierdut stabilitatea termică. Mutațiile care s-ar dovedi dăunătoare celor care trăiesc pe suprafața pământului, cum ar fi oprirea mutațiilor care afectează moleculele fotosensibile, sunt neutre în cazul lor și nu au fost selectate în timpul evoluției. Singura variabilă din viața acestor pești din peșteră este probabil apariția hranei, așa că este posibil ca aceștia să aibă un avantaj evolutiv din faptul că pot sincroniza ceasul intern cu acesta. Așadar, peștii din peșteră vor dormi când nu au nimic de mâncat.