Увеличение интенсивности солнечного света увеличивает продолжительность сна и приводит к увеличению продолжительности полуденной сиесты, что откладывает возобновление активности до вечера. То, что звучит как анализ последствий аномально жаркого лета 2018 года, на самом деле является результатом последних исследований, проведенных учеными из Вюрцбурга и США. Нейробиологи изучали влияние различной интенсивности света на циркадные ритмы дрозофилы, также известной как обыкновенная плодовая муха.
Исследования в лаборатории Нобелевского лауреата
«Мы смогли показать, что свет низкой, средней и высокой интенсивности синхронизирует циркадные часы в мозгу мухи с 24-часовым днем», - вкратце описывает основной вывод статьи Шарлотта Хельфрих-Фёрстер. Профессор возглавляет кафедру нейробиологии и генетики в Вюрцбургском университете. Ее исследования сосредоточены на хронобиологии, которая относится к периодическим (циклическим) явлениям в живых организмах.
Она руководила исследованием вместе со своим бывшим аспирантом Матиасом Шлихтингом, который в настоящее время работает в лаборатории Майкла Росбаша, лауреата Нобелевской премии по физиологии 2017 года, в Университете Брандейса в Уолтеме, штат Массачусетс (США). Команда опубликовала свои результаты в текущем выпуске The Journal of Neuroscience..
Ежедневная сиеста на час дольше
Эксперименты показали, что свет высокой интенсивности заметно влияет на характер активности плодовых мушек. Эффект был наиболее поразительным во время «сиесты», которая длилась в среднем на час дольше, но не менее 30 минут. Это привело к задержке начала обычного вечернего пика активности, в результате чего мухи отправились в путь на один-два часа позже, чем обычно.
Ученым также удалось точно определить виновника изменения поведения на молекулярном уровне: особые фоторецепторы за пределами сетчатки, известные как глазки Хофбауэра-Бюхнера или короткие глазки HB. Эти микроскопически маленькие «дополнительные глаза», каждый из которых состоит всего из четырех сенсорных клеток, были обнаружены всего 30 лет назад вюрцбургскими биологами Алоизом Хофбауэром и Эрихом Бюхнером..
Полезный ответ защиты
«Нам впервые удалось продемонстрировать, что глазки Хофбауэра-Бюхнера реагируют на яркий свет и заставляют мух продлевать послеобеденный сон», - объясняет Хельфрих-Фёрстер. Они достигают этого с помощью многоступенчатого сигнального пути: глазки HB HB используют специфические ацетилхолиновые рецепторы для повышения уровня кальция в подгруппе часовых нейронов. Как следствие, нейроны выделяют особый нейропептид в дорсальной части мозга мухи, «фактор рассеивания пигмента» (PDF). Там PDF опосредует активность других часовых нейронов, которые регулируют продолжительность сиесты и контролируют начало вечерней активности.
Ученые считают, что реакция плодовой мушки на яркий свет имеет смысл.«Это важный механизм, позволяющий избежать сильного и, возможно, вредного света в середине дня», - объясняет нейробиолог. В конце концов, высокая интенсивность света часто бывает в жаркие летние дни, что может быть вредным, особенно для насекомых - во-первых, потому что они быстро обезвоживаются, а также потому, что их легче обнаружить хищникам при ярком дневном свете..
Сопоставимые структуры у людей
Чтобы исключить возможность того, что продолжительная сиеста может быть вызвана не интенсивностью света, а связанными с ней теплыми температурами, ученые также провели свои эксперименты на контрольной группе генетически модифицированных мух. Циркадные часы этих мух больше не реагируют на колебания температуры, но мухи по-прежнему демонстрируют изменения в поведении. Это подтверждает предположение, что интенсивность света ответственна за более продолжительную сиесту и задержку вечерней активности.
По словам исследователей, результаты их исследования показывают «удивительные параллели между дрозофилой и системой млекопитающих. У млекопитающих - да, кстати, и у человека - есть специализированные фоторецепторы, которые воспринимают интенсивный свет и направляют сигналы прямо на циркадные часы в специальную область промежуточного мозга (гипоталамус). Неизвестно, вызывает ли их активация у человека можно и дольше поспать после обеда, но ученые считают, что это вполне возможно.