Ярославские ученые выяснили, что медленные магнитные колебания могут увлечь за собой циркадные ритмы организма. Работу ведут сотрудники подведомственного Минобрнауки России Института биологии внутренних вод (ИБВВ) им. И.Д. Папанина РАН.
Внутренний регулятор
Циркадные ритмы — это циклические изменения в организме, которые в течение суток поддерживают его оптимальное функционирование. Самый яркий тому пример — цикл сна и бодрствования. Одни и те же биологические процессы в разное время суток протекают по-разному. Эти различия определяются внутренними часами организма — циркадным осциллятором, который представляет собой сложный каскад биохимических событий. За исключением некоторых особенностей, внутренний осциллятор работает одинаково у животных и человека. Циркадная ритмичность позволяет организму оптимально использовать энергию и ресурсы в изменяющихся условиях внешней среды.
Если «внешние» смены дня и ночи не совпадают с внутренним осциллятором, это может вызвать у человека усталость, бессонницу, головную боль, потерю аппетита и т. д. Для того чтобы внутренние часы не «отстали» или не «убежали вперед», эндогенный циркадный осциллятор постоянно синхронизируется с внешними водителями ритма. Самый изученный из них — ежедневное изменение освещенности. Однако другие периодические изменения в окружающей среде также могут быть использованы для этой цели. Так, еще в 1960-х годах ученые предположили, что в качестве дополнительного внешнего водителя циркадных ритмов животные могут использовать суточную геомагнитную вариацию.
Исследования показали, что магнитные поля могут влиять на некоторые поведенческие параметры с околосуточным периодом у разных животных, включая рыб. Однако проверить, смогут ли медленные изменения магнитного поля подчинить себе биологические циркадные ритмы и заставить их ускориться или замедлиться, было крайне сложно из-за необходимости устранения естественных геомагнитных вариаций.
Прорывной эксперимент
Ученые ИБВВ РАН стали первыми, кто провел подобные эксперименты. Для этого они поместили рыбок данио в полностью контролируемую магнитную среду, где регистрировали их поведение. На рыб действовали предварительно записанные сигналы естественной суточной геомагнитной вариации, воспроизводимые с разной скоростью.
«Результаты показали, что медленные магнитные колебания могут увлекать за собой циркадные ритмы поведения рыб, которые напрямую связаны с внутренним осциллятором. Вероятно, ключевую роль в этом процессе играют белки криптохромы. С одной стороны, эти белки — важный элемент биохимического цикла, поддерживающего внутренние циркадные ритмы. С другой — именно криптохромы могут отвечать за восприятие изменений магнитного поля за счет долгоживущих бирадикалов (частиц с двумя пространственно разделенными неспаренными электронами)», — сказал заведующий лабораторией популяционной биологии и генетики ИБВВ РАН, доктор биологических наук Вячеслав Крылов.
Исследования с данио продолжаются, сейчас ученые планируют оценить циркадные ритмы у рыб с нокаутом (когда ген «выключают», и он не участвует в биологических процессах) генов криптохромов. Кроме этого, эксперимент повторят со слепыми пещерными рыбами, которые, предположительно, более чувствительны к изменениям магнитного поля из-за врожденного отсутствия глаз.
Исследование открывает перспективы для магнитного контроля циркадных процессов.
Научная статья опубликована в Biology.