Komórki, które „decydują”, kiedy jesteśmy aktywni
Zespół badaczy z MRC Laboratory for Molecular Biology przyjrzał się komórkom różnych ssaków zarówno tych aktywnych nocą, jak i tych funkcjonujących w dzień, takich jak ludzie. Okazało się, że komórki reagują zupełnie inaczej na zmiany środowiskowe, takie jak temperatura czy poziom nawodnienia (osmolarność). Co ciekawe, te same bodźce mogą wywoływać przeciwstawne reakcje w zależności od tego, czy dany gatunek jest nocny czy dzienny. Efekt? Zmienia się „harmonogram” działania komórek. To właśnie ten mechanizm działa jak biologiczny przełącznik dzień–noc.
mTOR i WNK - molekularni „regulatorzy czasu”
Badacze zidentyfikowali dwa kluczowe szlaki sygnałowe w komórkach: mTOR (mechanistic Target of Rapamycin) i WNK (With-no-lysine kinases). Oba odpowiadają za regulację podstawowych procesów, takich jak synteza białek czy metabolizm. Okazuje się, że ich aktywność wpływa także na to, kiedy organizm jest najbardziej aktywny. To odkrycie sugeruje, że zmiany w działaniu tych szlaków mogły umożliwić ssakom przejście z trybu nocnego na dzienny w toku ewolucji.
Eksperyment z myszami: można „przestawić” zegar biologiczny
Aby sprawdzić swoją hipotezę, naukowcy przeprowadzili eksperyment na myszach, zwierzętach naturalnie nocnych. Zmieniając ich dietę tak, by obniżyć aktywność szlaku mTOR, zaobserwowano wyraźną zmianę zachowania. Myszy zaczęły być aktywne w ciągu dnia, czyli zachowywać się jak gatunki dzienne. To pokazuje, że mechanizmy molekularne nie tylko regulują metabolizm, ale mogą także decydować o rytmie aktywności organizmu.
Ewolucja zapisana w genach
Analiza danych genetycznych różnych gatunków wykazała, że geny związane z mTOR i WNK ewoluowały szybciej u ssaków dziennych niż nocnych. To silny dowód na to, że właśnie te szlaki odegrały kluczową rolę w jednej z najważniejszych zmian w historii ssaków, przejściu do życia w świetle dnia.
Co to oznacza dla ludzi i medycyny?
Odkrycie ma znaczenie nie tylko dla zrozumienia ewolucji, ale także dla współczesnej medycyny. Dotychczas wiele badań biomedycznych opierało się na modelu myszy. Problem w tym, że myszy są zwierzętami nocnymi, a jak pokazuje to badanie, ich komórki funkcjonują inaczej niż ludzkie pod względem rytmu dobowego i metabolizmu.
To może mieć wpływ na: interpretację wyników badań, skuteczność leków, czy rozwój tzw. medycyny okołodobowej (chronomedycyny), która bada, jak pora dnia wpływa na działanie terapii.
Zmiany klimatu mogą wpływać na rytm życia zwierząt
Badanie wskazuje też na jeszcze jeden, niepokojący aspekt. Czynniki takie jak temperatura i dostępność pożywienia, które wpływają na rytmy dobowe są szczególnie wrażliwe na zmiany klimatu. W praktyce oznacza to, że zwierzęta mogą zmieniać pory swojej aktywności, może dojść do zaburzenia relacji w ekosystemach, a skutki zmian klimatu mogą być bardziej złożone, niż dotąd sądzono.
Wciąż wiele pytań bez odpowiedzi
Naukowcy podkreślają, że choć odkrycie jest przełomowe, to nadal nie wiemy dokładnie, dlaczego i w jaki sposób te mechanizmy działają. Jak zauważa dr Nina Rzechorzek z Uniwersytetu w Cambridge, zrozumienie działania „zegarów komórkowych” może w przyszłości pomóc lepiej wyjaśnić wpływ rytmu dobowego na zdrowie i rozwój chorób.
Jedno odkrycie, wiele konsekwencji
To badanie pokazuje, że odpowiedź na pytanie „dlaczego jesteśmy aktywni w dzień?” kryje się głęboko w naszych komórkach. I choć brzmi to jak detal biologiczny, w rzeczywistości dotyka fundamentów: naszej ewolucji, funkcjonowania organizmu, a nawet przyszłości całych ekosystemów. Czasem największe zmiany zaczynają się od najmniejszych mechanizmów.
Źródło: University of Cambridge
