Растущая интенсивность солнечного света приводит к росту продолжительности сна, при этом также увеличивается длительность полуденного отдыха или сиесты, а это откладывает возобновление активности в вечернее время. То, что звучит как анализ последствий необычайно жаркого лета 2018 года, на самом деле является результатом исследования, выполненного учёными из Вюрцбургского университета. Нейробиологи изучали влияние света различной интенсивности на циркадные ритмы фруктовых мушек — дрозофил.
«Мы показали, что освещение низкой, средней и высокой интенсивности синхронизирует циркадные часы в мозге дрозофилы с сутками длительностью 24 часа», — говорит об этой работе Шарлотта Хелфрих-Форстер, заведующая кафедрой нейробиологии и генетики Вюрцбургского университета.
Сиеста на час дольше
Эксперименты показали, что интенсивное освещение оказывает заметное влияние на активность мушек. Эффект был особенно разителен во время «сиесты», которая стала на час длиннее в среднем. Это привело к задержке нормального вечернего пика активности, и насекомые «засыпали» на час-два позднее обычного.
Учёные сумели идентифицировать причину изменений в поведении насекомых на молекулярном уровне: это особые фоторецепторы рядом с сетчаткой глаза, известные как «глазок Хофбауэра-Бюхнера». Эти микроскопические «дополнительные» глаза, состоящие всего из четырёх воспринимающих клеток, были открыты 30 лет назад в Вюрцбургском университете биологами Алоизом Хофбауэром и Эрихом Бюхнером.
Полезная защитная реакция
«Мы впервые сумели показать, что глазки Хофбауэра-Бюхнера реагируют на интенсивное освещение, и заставляют мушек увеличить продолжительность дневного сна», — объясняет Хелфрих-Форстер. Они делают это посредством многоуровневой сигнальной системы. С помощью специфичных ацетилхолиновых рецепторов «глазки» повышают содержание кальция в подгруппе «нейронов-часов». Нейроны реагируют на это, выделяя особый нейропептид в дорсальной области мозга. Этот пептид управляет активностью остальных «нейронов-часов», регулирующих продолжительность «сиесты» и начало вечерней активности.
Учёные полагают, что реакция мушек на интенсивное освещение предотвращает повреждения сильным дневным светом вследствие обезвоживания, а также снижает вероятность быть съеденными хищниками.
Подобные структуры присутствуют и в мозге человека
Чтобы исключить возможность того, что «продлённая сиеста» вызвана не изменениями освещённости, а сопутствующим изменением температуры, учёные также провели эксперименты на контрольной группе генетически изменённых мушек. Циркадные часы таких мушек не реагировали на изменения температуры, но поведение насекомых всё равно менялось. Это подтверждает, что «продлённая сиеста» вызвана снижением уровня освещённости.
По мнению исследователей, их результаты «показывают удивительные параллели между организмами дрозофил и млекопитающих». Млекопитающие, а значит, и люди, обладают специализированными фоторецепторами, которые опознают интенсивное освещение и подают сигнал непосредственно в циркадные часы, находящиеся в специфичном участке гипоталамуса. Пока не ясно, приводит ли активация этих рецепторов у человека к увеличению послеобеденного сна, но учёные считают это вполне возможным.