Осенью световые дни становятся короче, что влияет на наши биологические часы, также известные как циркадные ритмы. Они отвечают за суточный режим сна и бодрствования, метаболические, пищеварительные и гормональные процессы. Всё это напрямую связано с фотопериодизмом – реакцией организма на соотношение светлого и тёмного времени суток. Существует предположение, что он мог возникнуть на ранних этапах эволюции жизни и предшествовал суточным ритмам.
Фотопериодизм свойственен далеко не только человеку. Например, когда света становится меньше, растения меняют интенсивность синтеза фитогормонов, регулируют свой рост и развитие. У животных фотопериодизм контролирует осеннюю и весеннюю линьки, начало и конец брачного периода, переход в спячку и многое другое. Сокращение светового дня также возвещает перелётным птицам о приближении холодов, благодаря чему они заблаговременно мигрируют в тёплые края. Удивительно, но фотопериодизм развит даже у одноклеточных цианобактерий. Остановимся подробнее на этих уникальных сине-зелёных водорослях.
Благодаря фотопериодизму цианобактерии реагируют на сокращение светового дня и активируют сезонные гены, регулирующие состав клеточных мембран. Таким образом они защищаются от низких температур. Сине-зелёные водоросли живут всего от 6 до 24 часов, но успевают «просигналить» о приближении зимы дочерним клеткам.Это стало ясно в ходе недавнего эксперимента, когда ученые давали популяциям цианобактерий разную искусственную продолжительность дня при постоянной теплой температуре, а затем погружали образцы в лед, отслеживая статистику выживаемости.
Эксперимент показал, что выживаемость образцов, подвергавшихся искусственному воздействию коротких световых дней в течение недели до охлаждения, составила 75% — в три раза выше, чем у неподготовленных колоний. При этом у цианобактерий, у которых удалили гены, отвечающие за их биологические часы, независимо от продолжительности дня показатели выживаемости были одинаковыми. Это указывает на то, что решающее значение в подготовке бактерий к долгосрочным изменениям климата ключевую роль играет именно фотопериодизм.
Ученые считают, что вспышка размножения цианобактерий 2,7—2,8 млрд лет назад стала причиной глобального насыщения атмосферы земли кислородом, благодаря их способности к оксигенному фотосинтезу. С тех пор сине-зелёные водоросли не сдали своих позиций, ведь вопреки распространённому мнению «легкими планеты»являются не леса, а океаны. Дело в том, что цианобактерии составляют значительную часть океанического фитопланктона, который производит от 50 % до 85 % всего кислорода на земле.
Не исключено, что когда-нибудь сине-зелёные водоросли помогут человечеству колонизировать Красную планету! В специальном фотобиореакторе низкого давления ученые воссоздали атмосферные условия Марса, поместили в него воду, которая может появиться на далекой планете вследствие таяния ледников, а также имитатор марсианского грунта. Сине-зелёные водоросли сохранили способность расти в воде с марсианской пылью и выделять кислород, а также создавать питательную среду для других микробов. Так, на высушенном экстракте цианобактерий, выросших в биореакторе, ученым удалось вырастить кишечную палочку.
