Известно, что у позвоночных мелатонин играет ключевую роль в контроле повседневной активности — моделей, которые не синхронизируются, когда мы летим через часовые пояса, что приводит к смене часовых поясов. Но практически у всех животных есть мелатонин. Какова его роль у других видов и как у него возникла задача улучшения сна? Чтобы выяснить это, лаборатория Детлева Арендта в EMBL обратилась к морскому тряпичному червю Platynereis dumerilii.
Личинки этого червя участвуют в том, что было описано как самая большая миграция на планете с точки зрения биомассы: ежедневное вертикальное движение планктона в океане. Пройдя через набор микроскопических «ласт» — ресничек, расположенных поясом вокруг его средней линии, личинки червя могут мигрировать к поверхности моря каждый день. Они достигают поверхности в сумерках, а затем в течение ночи возвращаются в более глубокие воды, где они укрываются от вредных ультрафиолетовых лучей в разгар дня.«Мы обнаружили, что группа многозадачных клеток в мозгу этих личинок, которые воспринимают свет, также запускают внутренние часы и производят мелатонин ночью». — говорит Детлев Арендт, руководивший исследованием. «Итак, мы думаем, что мелатонин — это сообщение, которое эти клетки производят ночью, чтобы регулировать активность других нейронов, которые в конечном итоге определяют ритмическое поведение дня и ночи».
Мария Антониетта Тошес, постдоктор лаборатории Арендт, обнаружила группу специализированных мотонейронов, которые реагируют на мелатонин. Используя современные молекулярные сенсоры, она смогла визуализировать активность этих нейронов в мозгу личинки и обнаружила, что она радикально меняется от дня к ночи. Производство мелатонина в ночное время вызывает изменения в активности этих нейронов, что, в свою очередь, заставляет реснички личинки делать длительные паузы после биения.
Благодаря этим длительным паузам личинка медленно опускается вниз. В течение дня мелатонин не вырабатывается, реснички меньше задерживаются, а личинка плывет вверх.«Когда мы подвергали личинок действию мелатонина в течение дня, они переключались на ночное поведение, — говорит Тошес, — это как если бы у них была синдром смены часовых поясов».
Работа убедительно свидетельствует о том, что светочувствительные, продуцирующие мелатонин клетки, лежащие в основе ночной миграции этой личинки, имеют эволюционных родственников в человеческом мозге. Это означает, что клетки, которые контролируют наши ритмы сна и бодрствования, возможно, впервые появились в океане сотни миллионов лет назад в ответ на давление, заставляющее их удалиться от Солнца.
«Шаг за шагом мы можем выяснить эволюционное происхождение ключевых функций нашего мозга. Возникает захватывающая картина того, что человеческая биология уходит своими корнями в некоторые глубоко сохраненные фундаментальные аспекты экологии океана, которые доминировали над жизнью на Земле с древних времен эволюции», — заключает Арендт. .Видео: http://youtu.be/18Ia4tDvNjw.