Вчені довели, що мільярди років тому бактерії вже “відчували” час: що відомо про їх біогодинник

Вчені з Японії з’ясували, що ще мільярди років тому у предків сучасних ціанобактерій був примітивний біологічний годинник. Він працював у ритмі, який відповідав довжині дня на той час — близько 18–20 годин. Дослідження показує, що ці найдавніші фотосинтезуючі організми вже тоді вміли “передбачати” зміну дня і ночі, що допомагало їм виживати.

Робота опублікована в журналі Nature Communications (NatCom) .

Читайте також: Вчені відкрили революційний спосіб очищення води від антибіотиків: що відомо про екофільтр майбутнього

Стало відомо, що у предків сучасних ціанобактерій уже мільярди років тому був примітивний біологічний годинник. Саме про це провели масштабне дослідження вчені з Префектурального університету Фукуї та Інституту молекулярної науки.

Вони кажуть, що дане відкриття дозволяє по-новому поглянути на еволюцію життя на Землі та здатність живих організмів пристосовуватися до змін довкілля.

Ціанобактерії, або синьо-зелені водорості, — це одні з найдавніших і найважливіших мікроорганізмів на Землі. Саме вони відповідальні за велику кисневу катастрофу — глобальну подію, коли атмосфера Землі почала збагачуватись киснем, адже до появи цих організмів в атмосфері практично не було кисню.

Це прокаріоти не мають ядра, але мають фотосинтетичні пігменти (наприклад, хлорофіл А). Живуть вони у воді, ґрунті, термальних джерелах, арктичних льодах — практично всюди та утворюють колонії або нитки, часто візуально помітні як “цвітіння” води.

Відомо, що вчені досліджували білки KaiA, KaiB та KaiC, які керують циркадними ритмами цих бактерій. Вони відтворили в лабораторних умовах “біологічний годинник”, побудований на роботі згаданих білків, а потім порівняли активність білків сучасних бактерій із реконструйованими білками стародавніх форм.

З’ясувалося, що біологічний годинник стародавніх ціанобактерій працював у ритмі 18–20 годин – саме стільки, за підрахунками вчених, тривала доба на Землі кілька мільярдів років тому. Інакше кажучи, молекули зберегли “пам’ять” про те, з якою швидкістю тоді оберталася планета.

“Ми хотіли зрозуміти, коли і як стародавні бактерії навчилися передбачати зміну дня і ночі, щоб максимально ефективно проводити фотосинтез”, — зазначив керівник дослідження Ацуші Мукаїяма.

Дослідження також показало, що найдавніші форми білка KaiC не мали ритмічної активності, але з часом – ймовірно, внаслідок кліматичних змін і катастроф – вони поступово еволюціонували та набули здатності до самостійно підтримуваних циклів.

Сучасні ж ціанобактерії вже повністю “налаштовані” на 24-годинний ритм, тобто пристосували свій біологічний механізм до нинішньої швидкості обертання Землі.

Що далі?

Науковці сподіваються, що знання про еволюцію біогодинника допоможуть у створенні нових форм життя, адаптованих до умов інших планет.

“Ціанобактерії довго налаштовували свій біогодинник на 24-годинну добу, але ми сподіваємося, що в майбутньому зможемо прискорити цей процес – і створити організми з біологічним годинником, адаптованим до інших планет, наприклад Марса”, – додав професор Сюдзі Акіяма.

Читайте також: У джунглях Панами зародилася химерна мавп’яча традиція: чому капуцини викрадають малят у диких сусідів

Це відкриття не лише розкриває глибини минулого, а й відкриває перспективи для біотехнологій майбутнього.