Венские ученые вместе с коллегами из Франции и Германии обнаружили: клетки глубоководных мидий Bathymodiolus azoricus, обитающих на глубине 1700 метров, в лабораторных условиях следуют 24-часовому ритму смены дня и ночи. Гидротермальные источники, где живут эти моллюски, погружены в вечную тьму.
Чтобы разобраться в механизмах биологических ритмов глубоководной среды, авторы статьи в журнале EMBO Reports вырастили в лаборатории клеточные культуры этих моллюсков. Выяснилось, что на океанских глубинах, где все подчинено приливам, биологические ритмы мидий могут опираться на те же гены, что и 24-часовые «биологические часы» наземных организмов.
Мидии Bathymodiolus azoricus формируют экосистему гидротермальных источников. Условия их жизни экстремальны: моллюски заселяют дно вокруг «курильщиков» (гидротермальных труб), выдерживая огромное давление и горячие потоки воды, насыщенные тяжелыми металлами. Такие потоки возникают, когда морская вода проникает в толщу дна, проходит сквозь горные породы и выбрасывается обратно в океан в виде гидротермального флюида.
Направление этих потоков меняется в зависимости от приливов — вероятно, поэтому у мидий из таких мест наблюдаются приливные ритмы и в поведении, и на молекулярном уровне. Как организмы без мозга вырабатывают подобные ритмы, до сих пор оставалось неясным.
Ученые впервые получили клеточные культуры этих мидий, которые поддерживаются в лаборатории уже более трех лет. «Если для большинства клеток в лаборатории оптимальной является температура от 25 до 37 °C, то клетки наших мидий растут в „холодильнике“ — при температурах, характерных для глубоководья», — пояснила ведущий автор исследования Одри Мат.
На глубине 1700 метров нет ни солнечного, ни лунного света, и на морском дне мидии следуют в основном 12,4-часовому приливному ритму. В лаборатории же их клетки переключаются на 24-часовой суточный ритм — это говорит о заметной пластичности внутренних биологических часов, отметили исследователи.
Ключевые гены биологических часов у глубоководных мидий те же, что у самых разных организмов — от мух до человека, хотя и с определенными модификациями. По мнению ученых, эти особенности, вероятно, и позволяют их «часам» переключаться между приливным и суточным циклами. Предположительно это происходит за счет изменения экспрессии гена period, отвечающего за работу биологических часов.
Глубоководная среда — одна из наименее изученных экосистем Земли, и сегодня она испытывает серьезное антропогенное давление, в частности из-за планов по глубоководной добыче полезных ископаемых.
«Тот факт, что эти экосистемы устроены крайне сложно и обладают столь же совершенными механизмами отсчета времени, как и организмы на поверхности, подчеркивает, насколько они нуждаются в защите. На суше известно, что деятельность человека — например, искусственное освещение или вибрации — нарушает работу биологических часов. Вполне вероятно, что глубоководные организмы столь же уязвимы, а подобные нарушения могут иметь серьезные последствия как для самих организмов, так и для экосистем в целом», — отметили руководители исследования Кристин Тессмар-Райбл и Маржолен Матабос.