Цивилизация
Скромненький цветочек арабидопсис (Arabidopsis thaliana), больше известный как резуховидка Таля, в очередной раз помог ученым разобраться с человеческими проблемами. Работа о циркадном цикле арабидопсиса опубликована в четверг в журнале Nature.
Арабидопсис очень популярен среди биологов. Хотя в этом цветке положительно нет ничего особенного, в науке о растениях он играет такую же роль, что и плодовая мушка дрозофила у биологов, занимающихся животными. Причин тому много, а главные из них — очень небольшой геном (всего 157 миллионов пар нуклеотидов) и короткий жизненный цикл. К тому же, как и все сорняки, он очень неприхотлив. Это первое растение, геном которого был прочитан полностью (еще в 2000 году), что еще больше придает арабидопсису привлекательность в глазах исследователей.
Хотя арабидопсис не умеет ни ходить, ни говорить, ни работать на стройке или в торговле, а у нас нет стеблей и по весне мы не выпускам цветы, у нас все же есть много общего с арабидопсисом, в частности и у него, и у нас имеется тот самый циркадный 24-часовой цикл.
Как, собственно, и у большинства земных организмов.
Циркадные ритмы приспосабливают организм, его поведение, физиологию и т. д. к жизни в светлое и темное время суток, в частности устанавливают для него оптимальный суточный режим деления клеток. У арабидопсиса одна из самых главных реакций на время суток — скорость роста его стебля. Он начинает бурно расти глубокой ночью, за несколько часов до рассвета.
Теперь стало известно, каким именно образом работают внутренние часы этого знаменитого сорняка.
Группа исследователей из Калифорнийского университета под руководством декана факультета биологии Стива Кея обнаружила три белка, которые они назвали «вечерним комплексом». Эти белки регулируют суточный ритм роста стебля. Ранним вечером они начинают активно взаимодействовать между собой и заставляют «замолчать» два гена, которые обычно ускоряют рост у растений. За несколько часов до рассвета активность вечернего комплекса резко падает, тормоза ослабевают, гены роста «просыпаются», активизируя деление клеток стебля, и растение входит в ночную фазу быстрого роста.<2>
Почему это происходит именно в темноте, пока неизвестно, однако Кей предполагает, что это связано с более эффективным расходованием ресурсов.
«В течение дня, — говорит он, — растение запасает азот и углерод, связывая их в виде крахмала и белков, а поздней ночью оно пускает накопленное в ход, обеспечивая строительные блоки растущему стеблю».
Для проверки своего открытия исследователи подвергли мутациям три гена, кодирующие белки «вечернего комплекса», и внутренние часы растения сразу разладились. Стебли таких растений росли в течение суток намного дольше и становились намного длиннее обычных 20–25 см, а время цветения наступало намного раньше.
«Внутренние часы работают более или менее одинаково у всех организмов, просто некоторые аспекты этой работы легче изучать на растениях, — говорит Кей. — Мы надеемся, что наше открытие можно будет использовать и при изучении циркадных циклов у человека».
Эти циклы порой являются фактором, серьезно влияющим на протекание у человека тех или иных заболеваний.
Так, криптохром, один из главных генов человека, определяющих его циркадные циклы, сейчас связывают с диабетом и депрессиями. Оба этих открытия, кстати, уходят корнями в генетические исследования растений. Стив Кей надеется, что открытие команды значительно ускорит исследование внутренних часов человека и их влияния на болезни. Вдобавок ученые надеются, что оно сможет пролить свет на то, как гены «внутренних часов» регулируют деление клеток в человеческом эмбрионе.