多くの動物は月の満ち欠けに基づいて生殖行動を行っています。しかし、彼らが自分たちの光を他の自然光源とどのように区別するのかは部分的にしか明らかにされていません。今回、研究者らは、海洋ハリネズミを例として、光センサーとして機能する分子を特定した。光の種類に応じて異なるその反応により、動物は月光と太陽光、ひいては異なる時計を区別することができます。
月は海の潮の干満を制御し、満月の夜に多くの人が眠れなくなるだけでなく、天の星は多くの海洋生物の繁殖にも影響を与えます。たとえば、褐藻類、魚、サンゴ、カメ、ハリガネムシは、その行動と繁殖を月の周期と同期させています。海洋剛毛虫 Platynereis dumerilii などの一部の種では、室内実験で、剛毛虫の体内の月光が体内の月次カレンダーの時計として機能することが示されています。すべての臓器、細胞、身体機能はこの太陰暦のリズムで機能するため、月の光によって制御されます。
月か太陽か？
しかし、自然の生息地では、照明条件は大幅に異なります。たとえ雲量や嵐などの気象条件が無視されたとしても、太陽と月の定期的な相互作用が非常に複雑なパターンを作り出します。動物はどうやって区別できるのでしょうか？これまでは不明でしたが、人間の体内時計と同様に、特定の遺伝子とそれが作り出す分子が役割を果たしているのは明らかです。 「いくつかの報告では、いわゆるクリプトクロマー（CRY）と月の満ち欠けとが関連付けられており、これらの遺伝子が周月時間の測定に関与していることが示唆されています」とウィーン大学のビルギット・ポーン氏らは説明する。そこで科学者らは、ハリガネムシ Platynereis dumerilii を例として、これらのクリプトクロマーの変異体の遺伝学と生化学をより詳細に調べました。
これは、特に L-Cry 分子が光刺激に応じて異なる反応をすることを示しました。「光感受性分子である L-Cry が、異なる光価数を区別できることがわかりました」と Poehn 氏は報告しています。月と太陽は非常に異なる光強度で輝くため、Cryptochrom L-Cry は入射光の強度と持続時間を測定する光センサーとして機能します。これにより、光源を区別できるようになり、動物が体内の計時システムを毎月計測するために「正しい」光を選択するのに役立ちます。
強さにもよるけど
したがって、クリプトクロム L-Cry は強度に基づいて異なる光源を区別できますが、この反応は正確にどのように機能するのでしょうか?ポーン氏らが発見したように、この分子は光への曝露に応じてさまざまな分子状態をとる。これには、フラビン アデニン ジヌクレオチド (FAD) と呼ばれる特別な補因子が含まれており、通常は暗闇に適応し、光にさらされると異なる生化学的状態に変化します。これは、光の強度と照明の持続時間に応じてさまざまな方法で実現されます。たとえば、比較的弱い月光の影響下では、L-Cry タンパク質は数時間にわたって少数の光子を収集しますが、すべての FAD 分子の約半分だけが異なる状態に変化します。
状況は、10,000 倍を超える光子の数を含む、大幅に強い太陽光ではまったく異なります。これは、すべての FAD 分子が数分以内に生化学的に変化することを意味します。研究者らは、L-Cryタンパク質はFADの状態に応じて異なる構造的および生化学的特性を取るのではないかと考えている。この相互作用を通じて、アゴヒゲムシは広範囲の自然光の強度を認識し、区別することができます。科学者らはまた、L-Cryが照射される光に応じて細胞内での位置を変えることを示すこともできた。この異なる局在化がどのように異なるシグナル伝達経路をもたらし、それがツマミムシの行動や生理機能を制御するのかは、未解決の疑問のままである。
人工光が太陰暦を狂わせる
研究チームによると、この分子光センサーの基本的なメカニズムは、ハガネムシ以外の生物にも存在する可能性があるという。「生物が自然の光源を解釈するのに役立つ、より一般的なメカニズムである可能性があります」と上級著者のクリスティン・テスマー・ライブル氏は説明する。ウィーン大学。 「これは、光を通じて生理機能や行動を制御するあらゆる生物にとって、重要な生態学的関連性を持っています。さらに、月の光は太陽光の弱いバージョンであるだけでなく、生物にとって時間的および生態学的にまったく異なる意味を持っています。」
しかし、さまざまな光源に敏感に反応するということは、夜間の人工光源からの干渉が多くの自然生態系や人間の健康に深刻な脅威をもたらすことも意味します。月の光がどのように認識され、処理されるかをより深く理解することは、人工光の悪影響を評価し、制限するのにも役立ちます。
出典: ウィーン大学、専門記事: Nature Communications。土井: 10.1038/s41467-022-32562-z
