Необычный вид симбиоза обнаружила в дикой природе группа исследователей. Пристальное изучение кальмара вида Euprymna scolopes показало, что его биологическими часами управляет бактерия-симбионт (Vibrio fischeri) − организм, который находится с ним во взаимовыгодных отношениях.
Фактически микроорганизм контролирует своего большого друга, определяя работу всех происходящих в течение дня в организме животного процессов.
Как известно, жизнь любого живого организма подчинена суточным ритмам, которые изменяют работу систем со сменой дня и ночи. Учёные из США решили понять, как на «биологические часы» животного может влиять симбиотический организм.
«Множество исследований было посвящено тому, как циркадные ритмы хозяина влияют на симбиотические процессы. Но не многие пытались выяснить, могут ли симбионты определять циркадные ритмы хозяина», — рассказывает ведущий автор исследования Элизабет Хит-Хекман (Elizabeth Heath-Heckman) из университета Висконсина (University of Wisconsin-Madison).
Самым явным проявлением ежедневной работы «биологических часов» является, пожалуй, пробуждение и засыпание многих организмов. Кроме того, циркадные ритмы, влияющие на циклическую работу генов, определяют появление чувства голода, работу пищеварительной и даже иммунной систем. Для полноценной и стабильной жизни нам необходимы эти часы, которые отсчитывают время внутри нас.
Если человека будит дневной свет, то кальмары вида E. scolopes, будучи ночными животными, «просыпаются» и выходят из своих убежищ, когда становится темно. Их организм в это время требует приёма пищи.
Как выяснили учёные, подъём кальмара провоцируют органы тела животного, которые населяет та самая биолюминесцентная бактерия V. fischeri.
Биологи давно установили, что бактерия в обмен на сахара и аминокислоты, которые ей поставляет организм кальмара, защищает его от хищников. Её голубоватое в видимом свете свечение прячет кальмара на фоне вод океана, не давая другим животным отличить его от окружающих объектов. Получается своеобразный совместный камуфляж.
Именно голубое свечение и заинтересовало Элизабет, которая занимается изучением кальмаров более 20 лет. Бактерия «включается» только ночью, когда её хозяин «бодрствует» и кормится. Хит-Хекман решила выяснить, не может ли свет определять работу циркадных ритмов животного.
Команда исследовательницы изучила работу криптохромов (светочувствительных белков) кальмара. Именно эти молекулы «говорят» беспозвоночным, что время сменилось, поддерживая связь между жизнью существа и природными циклами.
Учёные установили, что голубой свет включает гены, отвечающие за производство этих белков в организме E. scolopes. В голове животного, где нет светящейся бактерии, криптохромы срабатывали при воздействии обычного естественного освещения. То есть, V. fischeri являясь источником голубого свечения, управляет циркадными ритмами кальмара почти во всём его теле.
Свои догадки биологи подтвердили, когда выяснили, что «биологические часы» молодых особей, незаполучивших симбиотические бактерии в своё ведение, попросту не работали. Симбиотические микроорганизмы необходимы для их функционирования! Криптохромы реагировали только на излучение с длиной волны как у света, испускаемого бактерией.
Вполне возможно, что бактерии также воздействуют на циркадные ритмы других животных и людей. «В нашем кишечнике располагается огромный и очень важный для нас консорциум бактерий. Клетки иммунной системы и клетки, выстилающие поверхность ЖКТ, также включают и выключают гены, образуя подобие циркадных ритмов. Бактерии могут диктовать им, что делать, как и в случае с кальмарами», — предполагает Элизабет.
Статья о необычном сотрудничестве появилась в открытом доступе в журнале mBio.
Автор: Юлия Рудый