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飞行研究检查了生物钟如何受到极地生活的影响

在温带地区,正确的时机对于几乎所有生物都是至关重要的:随着春天的来临,植物发芽,蜜蜂知道赏花的最佳时间,人们在晚上感到疲倦,在早晨又醒来。昼夜之间光明与黑暗之间的不断变化是所有生物想要生存和繁殖所必须适应的节奏。昼夜节律时钟通过调节每种生物体的计时机制并根据变化进行调整来帮助他们实现这一目标。

飞行研究检查了生物钟如何受到极地生活的影响

但是,在昼夜周期不再遵循极地地区典型的24小时节奏的环境中,当暮光直接跟随黎明之后,或者当太阳仅在地平线上方低空几个小时时,会发生什么情况?天?维尔茨堡大学神经生物学和遗传学系的科学家研究了这些问题。Pamela Menegazzi博士负责这项研究。研究小组在最新一期的《当代生物学》上发表了其研究结果。

Menegazzi说:“周期大约为24小时的昼夜节律时钟使动物能够适应昼夜周期。但是,如果这些时钟太僵化,那么在适应极有节奏的环境(如极地地区)时,这可能是不利的。”描述了这项新研究的背景。她解释说,众所周知,生活在遥远的北方或南方的几种高纬度物种已不再使其活动适应24小时节律,而是采取了心律失常行为。

两种可能的解释

在神经生物学和遗传学系,一切与果蝇的生物钟有关,也被称为普通果蝇。苍蝇为科学家提供了许多优势:它的基因组易于干预,大脑的结构相对简单,但是分子原理与人类相同。更重要的是,只有150个神经元构成了果蝇生物钟的基础,生物钟的功能在大多数情况下都是众所周知的。果蝇种类遍布世界各地。它们甚至可以在非常高的纬度上繁衍,在那里它们表现出典型的心律不齐活动模式。他们还发现在北极地区,他们有能力将夜间活动调整到有时很长的黄昏。

以前尚不清楚果蝇时钟系统中哪些分子机制负责这些区域性适应。讨论了两个模型:“心律失常可能是由于主时钟内分子振荡的丢失,或者是该主时钟与其下属结构之间缺少链接造成的,” Pamela Menegazzi说。

比较两种蝇类

为了回答这个问题,梅内加齐和她的团队进行了大概是整个属的第一个比较分析。除了果蝇以外,科学家还研究了500万年前从果蝇分支出来的醋蝇属Chymomyza,成功地在低纬和高纬度地区定居。科学家选择这种方法来仔细研究生物钟的进化适应性,这有助于北极和亚北极动物的生活。

结果:“两种解释都同样有效,”梅内加齐说。至少这项研究的分子生物学发现支持这一假设。例如,在果蝇果蝇中,主钟中分子钟功能的丧失有助于适应高纬度地区的生活。结果与Chymomyza costata相同,但是由于主时钟与其输出之间缺少链接。科学家总结说:“这表明在果蝇科的进化过程中,保持行为节律的能力已经不止一次了。”

强烈的节奏可能会不利

在他们的研究中,科学家们研究了一个古老的计时生物学概念,即生物钟必须具有某些特性,即24小时节律,与外部刺激同步的能力以及科学家称之为“自我维持”的另一特性。长期保持内在节奏的能力。梅内加齐说:“越来越多的是,不是标准模型生物的许多生物不具备所有这些特征。”

同时,这些结果支持长期以来一直存在的假说,即在较弱的节奏环境(如极地地区)中,强烈的行为节奏可能是不利的。此外,它们还帮助科学家了解动物如何适应不同的生态位以及在极端环境中哪些特征可能是有益的。

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点击次数:更新时间2019-12-01【打印此页】??【关闭
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