Знаете ли вы, что в теле организма есть биологические часы, которые не только показывают время суток, но и время года? Теперь исследователи из Японии обнаружили, что за механизмом, с помощью которого биологические часы отслеживают времена года, может стоять одна маленькая молекула.

В исследовании, которое недавно было опубликовано в PLOS Biology , исследователи из Университета Осаки показали, что передача сигналов глутамата отвечает за сезонную регуляцию размножения у бобовых жуков генами, участвующими в поддержании циркадного ритма.

Циркадный ритм управляется биологическими часами, которые контролируют процессы в организме в зависимости от времени суток. Связанный с этим процесс — чувствительность к фотопериоду или сезонная регуляция, при которой процессы организма регулируются на сезонной основе в зависимости от продолжительности дневного и ночного периодов.

«Предыдущие исследования показали, что гены циркадных часов участвуют не только в регуляции повседневных процессов, но и в регулировании сезонных событий, таких как размножение насекомых», — говорит Масахару Хасебе, первый автор исследования. «Однако механизм, управляющий этим взаимодействием, был неясен».

Чтобы решить эту проблему, исследователи сосредоточились на глутамате, нейротрансмиттере, который участвует в передаче широкого спектра сигналов в мозгу многих животных, от беспозвоночных до млекопитающих. Используя бобовых жуков, удобную модель сезонных ритмов, связанных с суточными часами, уровень глутамата в мозге оценивали в различных фотопериодических условиях, связанных с сезонным репродуктивным циклом, и в ответ на вмешательство в гены циркадных часов.

Результаты были очень четкими. Уровни внеклеточного глутамата во всем мозге были значительно выше в условиях короткого дня, чем в условиях длинного дня, и снижение периода часового гена устранило эту разницу».

Сакико Шига, старший автор исследования

Непосредственное снижение или повышение уровня глутамата в мозге бобовых жуков также уменьшило сезонные изменения репродуктивного статуса. Кроме того, снижение или повышение уровня глутамата нарушало фотопериодические ответы нейронов pars intercerebralis, которые обычно сезонно меняют свою нейронную активность и способствуют откладке яиц.

«Наши результаты показывают, что внеклеточная динамика глутамата регулируется часовыми генами и играет важную роль в фотопериодическом контроле репродукции», — говорит Хасебе.

Учитывая, что глутамат широко используется для нейротрансмиссии у животных, от насекомых до млекопитающих, результаты этого исследования имеют последствия не только для биологии бобовых жуков. Возможно, что дальнейшие исследования этой недавно открытой механистической связи между суточными часами и регуляцией фотопериода продвинут наше понимание сезонной адаптации у широкого круга животных.