Obserwowanie owadów w celu zrozumienia naszych rytmów biologicznych
Mało kto, chcąc zbadać wpływ czasu biologicznego na ludzi, pomyślałby o tym, żeby skoncentrować badania na owadach. Ale właśnie to zrobili naukowcy z finansowanego ze środków UE projektu INSECTIME. „Skupiliśmy się na rytmach okołodobowych i sezonowych muszek owocówek, muszek oliwnych, kowali bezskrzydłych i os pasożytniczych. Rytmy tych owadów maja istotne znaczenie dla zrozumienia wpływu czasu na zdrowie i samopoczucie ludzi” - mówi koordynator projektu Charalambos Kyriacou. Rytm robaków Projekt INSECTIME miał jeden cel: zwiększyć zrozumienie naszych rytmów biologicznych poprzez analizę naszych zegarów okołodobowych i sezonowych. Zegary okołodobowe są mechanizmami molekularnymi, które regulują procesy biologiczne, które przeprowadzane są w cyklu 24-godzinnym. Rytmy te zostały zaobserwowane nie tylko u ludzi, ale również u roślin, zwierząt, grzybów i bakterii. „Te rytmy umożliwiają organizmom przewidywanie, zamiast jedynie reagowanie na codzienne zmiany środowiskowe spowodowane obracaniem się Ziemi wokół własnej osi” - wyjaśnia Kyriacou. Rozwój technologii umożliwił społeczeństwu wyrwanie się z ograniczeń czasowych zazwyczaj narzucanych przez środowisko naturalne, wprowadzając w ten sposób zmienione i nieregularne wzorce zachowania, harmonogramy posiłków i godziny, w jakich zapalamy światło. W ostatnim czasie wykazano szeroką gamę chorób i problemów ze zdrowiem powodowanych lub pogłębianych przez przewlekłe zaburzenia zegara okołodobowego, na przykład w przypadku pracowników zmianowych, którzy stanowią około 20% pracującego społeczeństwa. Z drugiej strony zegary sezonowe regulują procesy fizjologiczne i behawioralne, które powtarzają się co każde 12 miesięcy. Te zmiany sezonowe powodowane są przez osiowe pochylenie Ziemi i jej obracanie się wokół słońca. „Wszyscy doświadczamy zmian apetytu, nastroju, wagi, snu i płodności w ciągu roku” - mówi Kyriacou. „W niektórych przypadkach, w szczególności w skrajnych warunkach środowiskowych, zakres tych cykli może stać się patologiczny i prowadzić do depresji”. Mucha na ścianie Niezwykłe podobieństwo pomiędzy molekularnymi kołami zębatymi zegara 24-godzinnego much i ssaków oznacza, że badanie mechanizmów owadów i sposobu w jaki dostosowują się do otoczenia daje wiele informacji o ludzkich zegarach. „W rzeczy samej, muszka owocówka, Drosophila melanogaster, była głównym obiektem analizy genetycznej cykli okołodobowych i większość naszej wiedzy o rytmach ssaków początkowo została uzyskana dzięki tym małym owadom” - wyjaśnia Kyriacou. Według Kyriacou cykl życia Drosophila wynosi 10 dni, co znacznie ułatwia przeprowadzanie analiz genetycznych, bardziej niż w przypadku myszy, których czas życia wynosi nawet trzy miesiące. Ponadto niemal 100 lat analizy genetycznej muchy oznacza, że posiadają one niezrównany molekularny zestaw narzędzi genetycznych, w którym każdy gen może być wyrażony w każdej tkance. Na przykład neuron mózgu może zostać wyłączony, stać się nadpobudliwy lub nawet poddany ablacji. Muchy i ludzie Dzięki tym muchom naukowcy z projektu INSECTIME odkryli jak sygnały świetlne i temperaturowe wpływają na zegar i w jaki sposób cykliczne zmiany światła i warunków temperaturowych w środowisku wprowadzają w sezonową hibernację zimową. Zidentyfikowano neurony odpowiedzialne za te reakcje i określono ich rolę w sieci neuronalnej składającej się z około 150 komórek, które generują zachowania rytmiczne. „U ssaków zachowanie rytmiczne określane jest przez około 20 000 neuronów, jednak zasady, na jakich komórki te komunikują się ze sobą są niemal identyczne jak u much, tak więc interesujące będzie obserwowanie, w jaki sposób badania nad muchami prowadzone w ramach projektu INSECTIME wpłyną na podobne prace obejmujące ssaki” - podsumowuje Kyriacou.
Słowa kluczowe
INSECTIME, rytmy okołodobowe, rytmy sezonowe, zegary biologiczne