Lysfølsomt molekyle hjælper havdyr med at synkronisere deres reproduktionscyklus

Hvordan dyr er i stand til at fortolke naturlige lyskilder for at justere deres fysiologi og adfærd er dårligt forstået. Kristin Tessmar-Raibles laboratorier (Max Perutz Labs Wien, Alfred Wegener Institut, University of Oldenburg) og Eva Wolf (Johannes Gutenberg University og Institute of Molecular Biology Mainz) har nu afsløret, at et molekyle kaldet L-cryptochrome (L-Cry) har de biokemiske egenskaber til at skelne mellem forskellige månefaser, samt mellem sol- og måneskin. Deres resultater, offentliggjort i Nature Communications , viser, at L-Cry kan fortolke måneskin for at medtvinge det månedlige (cirkulære) ur af en marineorm til at kontrollere seksuel modning og reproduktion.

Mange marine organismer, herunder brunalger, fisk, koraller, skildpadder og børsteorme, synkroniserer deres adfærd og reproduktion med månens cyklus. For nogle arter, såsom børsteormen Platynereiis dumerilii, har laboratorieforsøg vist, at måneskin udøver sin tidsfunktion ved at medtvinge en indre månedskalender, også kaldet et cirkulært ur. Under disse laboratorieforhold er det tilstrækkeligt at efterligne fuldmånens varighed til at medtvinge disse cirkulære ure. I naturlige habitater kan lysforholdene dog variere betydeligt. Selv det regelmæssige samspil mellem sol og måne skaber meget komplekse mønstre. Organismer, der bruger månelyset til deres timing, skal derfor skelne mellem specifikke månefaser og mellem sol og måneskin. Denne evne er ikke godt forstået.

"Vi har nu afsløret, at et lysmodtageligt molekyle, kaldet L-Cry, er i stand til at skelne mellem forskellige lysvalenser," siger medførsteforfatter til undersøgelsen, Birgit Poehn. Denne Cryptochrome fungerer derved som en lyssensor, der er i stand til at måle lysintensiteten og varigheden, og dermed hjælper dyrene med at vælge det "rigtige" lys til tilstrækkeligt at justere deres månedlige timingsystem.

I samarbejde med Eva Wolfs laboratorium karakteriserede holdet L-Cry fra dets biokemi til funktionel genetik. "Vi fandt ud af, at L-Crys evne til at fortolke lys korrelerer med forskellige molekylære tilstande af L-Cry," forklarer Birgit Poehn. Især indeholder kryptochromet cofaktorer, ikke-proteinkomponenter, der er afgørende for dets funktion. Disse co-faktorer, kaldet flavin adenin dinukleotider (FAD), gennemgår biokemiske ændringer under påvirkning af lys, hvor mørke-tilpasset oxideret FAD overgår til en fotoreduceret FAD-tilstand.

Medforfatter Shruthi Krishnan fastslog, at L-Cry-proteiner udsat for naturalistisk måneskin akkumulerer det lave fotontal i måneskin over timer, men højst bliver kun halvdelen af ​​FAD'erne fotoreduceret. I modsætning hertil forårsager det mere end 10.000 gange højere fotontal af det naturalistiske sollys, der blev brugt i eksperimenterne, en hurtig fotoreduktion af alle FAD-molekyler inden for få minutter. Forfatterne foreslår, at L-Cry derfor opnår distinkte strukturelle og biokemiske egenskaber afhængigt af den kombinatoriske status af FAD'erne i dens dimer. Derved tjener den ikke kun som en effektiv, men også diskriminerende lyssensor over et ekstremt bredt område af naturlige lysintensiteter.

Forskerne kunne også vise, at L-Cry undergår ændringer i sin subcellulære lokalisering, afhængig af dens eksponering for sollys eller måneskin. Hvordan denne differentielle lokalisering udmønter sig i forskellige signalveje, der styrer adfærd og fysiologi, og hvordan den lysinducerede transport af L-Cry mellem kerne og cytoplasma opnås, er nøglespørgsmål, der vil være emner for yderligere undersøgelser.

Mekanismen er dog også relevant for andre biologiske ure og lysstyrede processer:"Vi tror, ​​at det, vi har afdækket, går ud over det månedlige timingsystem," siger Eva Wolf. Kristin Tessmar-Raible tilføjer:"Det kunne være en mere generel proces, der hjælper organismer med at genkende lyskilder, hvilket er af central økologisk betydning for enhver organisme, der justerer sin fysiologi og adfærd efter lys. Desuden er måneskin ikke kun en svag version af sollys, det har meget forskellige tidsmæssige-økologiske implikationer for organismer."

Som følge heraf udgør forstyrrelser gennem natlig lysforurening alvorlige trusler mod naturlige økosystemer og også menneskers sundhed. En bedre forståelse af, hvordan månelys opfattes og behandles, kan også hjælpe med at vurdere og afbøde de negative virkninger af kunstigt lys. + Udforsk yderligere

Hvordan måneskin finjusterer dyrenes reproduktion