ต้นกำเนิดของนาฬิกาชีวภาพ

โลกมีจังหวะ ทุก ๆ 24 ชั่วโมงดาวเคราะห์ Pirouettes บนแกนของมันอาบน้ำพื้นผิวของมันสลับกันในแสงแดดและความมืด

สิ่งมีชีวิตจากสาหร่ายถึงผู้คนได้พัฒนาขึ้นเพื่อให้เวลากับจังหวะ/จังหวะมืดของโลก พวกเขาทำเช่นนั้นโดยใช้ผู้จับเวลาที่สำคัญที่สุดในโลก: ทุกวันหรือ circadian นาฬิกาที่อนุญาตให้สิ่งมีชีวิตจัดตารางวันของพวกเขาเพื่อไม่ให้ถูกจับโดยพระอาทิตย์ขึ้นและพระอาทิตย์ตก

นาฬิกาหลักในสมองมนุษย์ดูเหมือนจะซิงโครไนซ์การนอนหลับและตื่นด้วยแสง แต่มีอีกมาก นาฬิกา circadian ติ๊กในเกือบทุกเซลล์ในร่างกาย “ มีนาฬิกาอยู่ในตับมีนาฬิกาในเนื้อเยื่อไขมัน [ไขมัน] มีนาฬิกาในม้าม” บาร์บาร่าเฮล์มนักวิทยาศาสตรบัณฑิตที่มหาวิทยาลัยกลาสโกว์ในสกอตแลนด์กล่าว นาฬิกาเหล่านั้นตั้งค่ารูปแบบการนอนหลับและเวลาอาหาร พวกเขาควบคุมการไหลของฮอร์โมนและควบคุมการตอบสนองของร่างกายต่อน้ำตาลและกระบวนการทางชีวภาพที่สำคัญอื่น ๆ อีกมากมาย (-

การมีผู้จับเวลาเสนอข้อได้เปรียบเชิงวิวัฒนาการที่สายพันธุ์ได้พัฒนาพวกเขาซ้ำแล้วซ้ำอีกตลอดประวัติศาสตร์นักวิทยาศาสตร์หลายคนกล่าว แต่เป็นเรื่องธรรมดาและมีความสำคัญเช่นเดียวกับนาฬิกา circadian ได้กลายเป็นว่าทำไมนาฬิกาดังกล่าวเกิดขึ้นในตอนแรกจึงเป็นปริศนาที่ลึกซึ้งและยั่งยืน

นักวิทยาศาสตร์หลายคนชอบมุมมองที่ว่าสิ่งมีชีวิตหลายชนิดได้พัฒนานาฬิกา circadian ของตัวเองอย่างอิสระ สิ่งมีชีวิตอาจทำสิ่งนี้เพื่อปกป้อง DNA ที่เปราะบางของพวกเขาจากรังสีอัลตราไวโอเลตที่สร้างความเสียหายของดวงอาทิตย์ แต่นักวิจัยกลุ่มเล็ก ๆ คิดอย่างอื่น พวกเขาบอกว่าจะต้องมีนาฬิกาแม่หนึ่งนาฬิกาที่คนอื่น ๆ ทั้งหมดมา นาฬิกานั้นพัฒนาขึ้นเพื่อป้องกันเซลล์จากความเสียหายของออกซิเจนหรืออาจให้ข้อได้เปรียบอื่น ๆ ที่ไม่รู้จัก

นาฬิกาชีวภาพดั้งเดิมอาจไม่คล้ายกับนาฬิการ่างกายที่มีความแม่นยำที่นักวิทยาศาสตร์ศึกษาในปัจจุบัน นาฬิกาบรรพบุรุษอาจเริ่มต้นได้ง่ายเหมือนแสงแดดนักวิจัยกล่าว แต่มันเป็นรากฐานสำหรับการสร้างกลไกที่ซับซ้อนยิ่งขึ้นซึ่งตอนนี้ควบคุมทุกอย่างตั้งแต่ความดันโลหิตไปจนถึงเวลานอน

นาฬิกา Circadian ไม่มีเกียร์และมือ พวกเขาประกอบด้วยโมเลกุล RNA และโปรตีนที่แกว่งไปมากมาย ในช่วงเวลาเฉพาะของวันโปรตีนนาฬิกาบางตัวจะเปิดการผลิต Messenger RNA ซึ่งเซลล์ใช้ในการอบแบทช์สดของโปรตีนนาฬิกาอื่น ๆ ในที่สุดระดับของโปรตีนเหล่านั้นถึงเกณฑ์ที่แน่นอน จากนั้นพวกเขาก็ปิดการสร้าง RNA Messenger ที่ผลิตพวกเขา โปรตีนที่ถูกระงับตนเองสลายตัวหรือได้รับโปรตีนอื่น ๆ จนกระทั่งระดับของพวกเขาลดลงต่ำกว่าเกณฑ์ส่งสัญญาณความต้องการสำหรับแบทช์อื่นและวัฏจักรจะเริ่มขึ้นอีกครั้ง

เช่นเดียวกับ Rolex, Timex, Swatch และ Seiko สร้างนาฬิกาข้อมือของตัวเองสิ่งมีชีวิตรวมถึง cyanobacteria, เชื้อรา, พืชและแมลงล้วนคิดค้นนาฬิกา circadian ของตัวเอง โปรตีนการปั่นจักรยานนั้นแตกต่างกันในสิ่งมีชีวิตเหล่านี้เช่นเดียวกับนาฬิกาดิจิตอลมาจากนาฬิกาควอตซ์ที่แม่นยำ แต่พวกเขาทั้งหมดทำเครื่องหมายวันด้วยการลดลงที่คาดการณ์ได้และการไหลของ Messenger RNA และการผลิตโปรตีน

ไม่ต้องสงสัยเลยว่านาฬิกา circadian ในปัจจุบันต้องมีอุปกรณ์เสริมสำหรับสิ่งมีชีวิตส่วนใหญ่ที่อาศัยอยู่บนพื้นผิวโลก แต่เรื่องราวต้นกำเนิดของการวิ่งออกไปจากแสงสว่างนั้นสมเหตุสมผลหรือไม่?

หลักฐานชิ้นหลักที่สนับสนุนแนวคิด“ เที่ยวบินจากแสง” คือเซลล์มีแนวโน้มที่จะทำซ้ำ DNA ของพวกเขาในเวลากลางคืนอย่างปลอดภัยภายใต้ความมืดและซ่อมแซมในระหว่างวันเนื่องจากความเสียหายจากแสง UV สะสม ฟันเฟืองโปรตีนเดียวกันบางตัวที่ขับนาฬิกา circadian นั้นมีส่วนร่วมในการซ่อมแซม DNA ซึ่งทำให้การเชื่อมต่อเพิ่มความแข็งแกร่งยิ่งขึ้น

เรื่องราวที่เกี่ยวข้อง

“ นั่นเป็นความคิดที่ดี” จอห์นโอนีลนักชีววิทยา Circadian Cell จากห้องปฏิบัติการ MRC ของชีววิทยาโมเลกุลในเคมบริดจ์ประเทศอังกฤษกล่าว“ แต่มันไม่สอดคล้องกับข้อมูลที่ทันสมัย”

ย้อนกลับไป

หลักฐานหลายบรรทัดโต้เถียงกับการบินจากแสงในฐานะกองกำลังทั่วไปที่ขับเคลื่อนวิวัฒนาการของนาฬิกา circadian โอนีลหนึ่งในนักวิทยาศาสตร์คนหนึ่งเขียนเรื่องราวต้นกำเนิดของนาฬิกา circadian

หากวัฏจักรเกิดขึ้นเพื่อปกป้อง DNA ใครจะคาดหวังว่าการปั่นจักรยานจะเกิดขึ้นก็ต่อเมื่อมี DNA เพื่อป้องกัน แต่จังหวะ circadian สามารถเกิดขึ้นได้ในหลอดทดสอบโดยไม่มี DNA

ชนิดของไซยาโนแบคทีเรียหรือสาหร่ายสีน้ำเงินเขียวSynechococcus elongatusมีหนึ่งในนาฬิกา circadian ที่รู้จักกันง่ายที่สุด ประกอบด้วยโปรตีนสามตัวที่เรียกว่า Kaia, Kaib และ Kaic ทั้งสามเกียร์พร้อมกับโปรตีนเสริมสองชนิดช่วยให้สาหร่ายเตรียมพร้อมสำหรับพระอาทิตย์ขึ้นโดยการเก็บโปรตีนที่จำเป็นสำหรับการสังเคราะห์ด้วยแสงและกิจกรรมประจำวันที่สำคัญอื่น ๆ

PLOP โปรตีนนาฬิกาสามตัวลงในหลอดทดสอบ เพิ่มพลังงานจาก adenosine triphosphate (รู้จักกันดีในชื่อ ATP) และนาฬิกาจะเพิ่มเป็นจังหวะและลบโมเลกุลฟอสเฟตจาก Kaic, Takao Kondo จากมหาวิทยาลัยนาโกย่าในญี่ปุ่นและเพื่อนร่วมงานรายงานศาสตร์ในปี 2005 การค้นพบนี้ทำให้นักวิจัย Circadian สั่นคลอนเพราะมันแสดงให้เห็นว่านาฬิกาสามารถทำงานได้โดยไม่ต้อง DNA นอกจากนี้ยังเปิดเผยว่าพวกเขาไม่จำเป็นต้องเปลี่ยน Messenger RNA และการผลิตโปรตีนในและปิดเพื่อให้เวลา

สาหร่ายสีน้ำเงินเขียวและบรรพบุรุษลึกลับที่ไม่มีชื่อของแมลงและสัตว์ได้กลายเป็นกิ่งที่แตกต่างกันบนต้นไม้วิวัฒนาการเมื่อกว่า 1 พันล้านปีก่อน นาฬิกาโปรตีนของเซนต์ลบออกไม่มีอะไรเหมือนโปรตีนกลางจับเวลาของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม ดังนั้นนักวิจัยบางคนจึงสงสัยว่านาฬิกาปราศจากดีเอ็นเอมีอยู่ในสิ่งมีชีวิตที่ซับซ้อนกว่าสาหร่าย

โอนีลและผู้ทำงานร่วมกันของเขา Akhilesh Reddy จากมหาวิทยาลัยเคมบริดจ์คิดว่าพวกเขาสามารถหานาฬิกาปราศจากดีเอ็นเอที่อื่น พวกเขาตัดสินใจที่จะมองหานาฬิกา circadian ในเซลล์เม็ดเลือดแดงของมนุษย์ซึ่งไม่มีนิวเคลียสที่เก็บ DNA หากไม่มี DNA ก็ไม่มีการผลิต RNA Messenger ซึ่งเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับนาฬิกา circadian แบบคลาสสิกในการทำงาน อย่างไรก็ตามเซลล์ยังคงมีจังหวะ circadian, O'Neill และ Reddyรายงานในธรรมชาติในปี 2011

นาฬิกาเซลล์เม็ดเลือดแดงนั้นแตกต่างอย่างสิ้นเชิงจากวัฏจักรโปรตีนและ Messenger RNA ที่ซิงโครไนซ์เซลล์ที่มีนิวเคลียสกับดวงอาทิตย์ ในเซลล์เม็ดเลือดแดงโปรตีนต้านอนุมูลอิสระที่เรียกว่า peroxiredoxins ยอมรับหรือปล่อยโมเลกุลออกซิเจนในจังหวะ circadian ถาวร การกระทำของพวกเขาช่วยซับไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ซึ่งเป็นผลพลอยได้จากกิจกรรมการผลิตพลังงานปกติของเซลล์ ไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์และสารออกซิแดนท์อื่น ๆ สามารถทำลายส่วนประกอบจำนวนมากของเซลล์ได้ดังนั้นการตรวจสอบพวกเขาจึงเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับการอยู่รอด

peroxiredoxins พบได้ในสิ่งมีชีวิตที่หลากหลายรวมถึงสาหร่ายทะเลที่เรียกว่าOstreococcus Tauri- การทำงานกับผู้ทำงานร่วมกันอื่น ๆ O'Neill และ Reddy ตรวจสอบ peroxiredoxins ในสาหร่าย “ เช่นเดียวกับเซลล์เม็ดเลือดแดงมีจังหวะ” โอนีลกล่าว ปริมาณของโมเลกุลออกซิเจนที่ยึดติดกับ peroxiredoxins เพิ่มขึ้นและตกอยู่ในรอบ 24 ชั่วโมงอย่างต่อเนื่อง ทีมรายงานว่าการค้นพบในฉบับเดียวกันของปี 2011ธรรมชาติ-

หนึ่งปีต่อมานักวิจัยรายงานในธรรมชาติว่าพวกเขาพบวัฏจักร peroxiredoxin ในแมลงวันผลไม้พืชArabidopsis thalianaเชื้อราที่เรียกว่าNeurospora Crassa-เซนต์ลบออกไซยาโนแบคทีเรียและอาร์เคียเรียกว่าHalobacterium salinarum- สิ่งมีชีวิตร่วมกันเป็นตัวแทนของโดเมนสำคัญทั้งหมดของชีวิต หากทุกโดเมนมีนาฬิกา peroxiredoxin สารต้านอนุมูลอิสระมักจะเป็นโบราณอาจย้อนหลังไปหลายพันล้านปี

การคุกคามออกซิเจน

ไม่มีใครรู้แน่ชัดว่านาฬิกาต้านอนุมูลอิสระเหล่านั้นกลับมาได้ไกลแค่ไหน แต่โอนีลมีกรอบเวลาในใจ: 2.5 พันล้านปี นั่นคือเมื่อไซยาโนแบคทีเรียซึ่งเพิ่งเริ่มใช้การสังเคราะห์ด้วยแสงเพื่อเติมเชื้อเพลิงกิจกรรมของพวกเขาเริ่มปล่อยออกซิเจนจำนวนมากในเหตุการณ์ออกซิเดชันที่ยิ่งใหญ่ ในขณะที่การสังเคราะห์ด้วยแสงและบรรยากาศที่อุดมไปด้วยออกซิเจนได้รับการพิจารณาว่าเป็นสิ่งจำเป็นออกซิเจนเป็นพิษสำหรับรูปแบบชีวิต precambrian สิ่งมีชีวิตที่ไม่สามารถทนออกซิเจนได้ฟรีไม่ว่าจะตายหรือลงเอยในทะเลลึกแบบไม่ใช้ออกซิเจน “ ถ้าพวกเขาไม่ตายพวกเขาจะต้องรับมือ” โอนีลกล่าว

ออกซิเจนจะเป็นปัญหาส่วนใหญ่ในระหว่างวันเมื่อเกิดการสังเคราะห์ด้วยแสง สิ่งมีชีวิตที่เหมาะกับการป้องกันสารต้านอนุมูลอิสระของพวกเขา - การลอก peroxiredoxin ของโมเลกุลออกซิเจนเพื่อที่จะได้ฟองน้ำไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์เมื่อดวงอาทิตย์มองข้ามขอบฟ้า - จะได้รับการกระโดดรอด กลไกการกำหนดเวลาที่สามารถคาดการณ์การมาถึงของออกซิเจนแทนที่จะเป็นเพียงการตอบสนองต่อมันจะเป็น“ ข้อได้เปรียบมหาศาล” โอนีลกล่าว“ ว่ามันเพิ่งจะเดินสาย”

เรื่องราวยังคงอยู่ด้านล่างกราฟิก

Peroxiredoxins ตัวเองไม่ใช่เกียร์นาฬิกา พวกเขาเป็นเหมือนมือของนาฬิกา ปริมาณของออกซิเจนที่ถูกผูกไว้กับพวกเขาเป็นตัวบ่งชี้เวลาที่ถูกเก็บไว้โดยที่ยังไม่เป็นที่รู้จักและยิ่งใหญ่กว่านั้น นาฬิกาลึกลับนั้นเป็นข้อได้เปรียบที่สิ่งมีชีวิตได้รักษาไว้ในประวัติศาสตร์วิวัฒนาการ เช่นเดียวกับนาฬิกาที่สามารถบอกเวลาในหลายเขตเวลาและแสดงข้อมูล AM และ PM รวมทั้งข้อมูลปฏิทินนาฬิกา circadian ได้เพิ่มส่วนประกอบเพื่อติดตามความท้าทายด้านสิ่งแวดล้อมที่แตกต่างกัน O'Neill คาดเดา

นักวิจัยคนอื่น ๆ เสนอว่าเนื่องจากโปรตีนนาฬิกา circadian ของไซยาโนแบคทีเรียสัตว์และพืชมีความแตกต่างกันมากบรรพบุรุษของสิ่งมีชีวิตเหล่านั้นจะต้องมีนาฬิกาวิวัฒนาการอย่างอิสระ แต่ถึงแม้ว่า Core Cogs จะแตกต่างกัน O'Neill กล่าวว่า“ คุณมักจะพบไคเนสจำนวนหนึ่งที่กำหนดความเร็วของนาฬิกา”

ไคเนสเป็นโปรตีนที่ยึดโมเลกุลฟอสเฟตลงในโปรตีนอื่น ๆ สองสิ่งที่สำคัญที่สุดของไคเนสเหล่านั้นคือเคซีนไคเนส 1 (CK1) และไกลโคเจนซินเทสไคเนส 3 (GSK3) - ก็มีความสำคัญในการเว้นจังหวะนาฬิกา peroxiredoxin, O'Neill พบ พวกเขาอาจเป็นนาฬิกาบรรพบุรุษที่เขาและคนอื่น ๆ กำลังมองหา

แม้แต่สิ่งมีชีวิตที่ไม่มีจังหวะ circadian ก็ยังมีวัฏจักร peroxiredoxin ที่ขับเคลื่อนด้วย kinase, O'Neill, Helen Causton จากมหาวิทยาลัยโคลัมเบียและเพื่อนร่วมงานรายงานในวันที่ 20 เมษายนชีววิทยาปัจจุบัน- ยีสต์ของเบเกอร์Saccharomyces cerevisaeไม่มีโปรตีนที่จำได้ว่าเป็นโปรตีนนาฬิกาหรือรอบ 24 ชั่วโมง นั่นไม่ได้หมายความว่ายีสต์ไม่สามารถรักษาเวลาได้ พวกเขามีการแกว่งทางเดินหายใจยาวประมาณแปดชั่วโมงซึ่งอัตราการใช้ออกซิเจนของพวกเขาเพิ่มขึ้นและลดลง CK1 รุ่นยีสต์ที่ปิดกั้นทางเคมีช้าลงการแกว่งของยีสต์ การยุ่งกับ CK1 ยังเปลี่ยนจังหวะ circadian ในเซลล์เมาส์นักวิจัยรายงาน

การค้นพบเหล่านั้นชี้ให้เห็นว่าไคเนสมีความสำคัญต่อการสร้างจังหวะของตัวจับเวลา circadian นักวิจัยคิดว่าไคเนสอาจสร้างตัวจับเวลาอย่างง่ายคล้ายกับระบบ Kaia, B, C ของไซยาโนแบคทีเรีย ด้วยเกียร์ง่าย ๆ เหล่านั้นสิ่งมีชีวิตจะเพิ่มเกียร์มากขึ้นเพื่อสร้างนาฬิกาที่เราเห็นในวันนี้โอนีลกล่าว อย่างไรก็ตามยังไม่มีหลักฐานว่าไคเนสเป็นโมเลกุลบรรพบุรุษที่วางไข่นาฬิกาในปัจจุบัน

โอนีลยอมรับว่ามีความเป็นไปได้อื่น อาจไม่มีนาฬิกาแม่ ชีววิทยาของเซลล์อาจถูกขับเคลื่อนโดยปฏิกิริยาทางชีวเคมีที่ตกอยู่ในรูปแบบจังหวะ “ ฉันไม่ชอบความเป็นไปได้นั้นเพราะมันค่อนข้างยากที่จะพิสูจน์หักล้าง” หรือทดสอบเขาพูด วิธีเดียวที่จะแสดงให้เห็นว่าไม่ใช่คำตอบคือการย้อนกลับไปหานาฬิกาต้นแบบ แต่โอนีลวาย“ ปัญหาของข้อโต้แย้งวิวัฒนาการเหล่านี้ทั้งหมดคือคุณไม่สามารถทดสอบได้หากไม่มีเครื่องไทม์แมชชีน”

วิวัฒนาการอิสระ

ไม่ใช่ทุกคนที่ติดใจกับสมมติฐาน peroxiredoxin “ พวกเขามีรูปแบบที่ยิ่งใหญ่มาก” โจเซฟทาคาฮาชินักพันธุศาสตร์และนักประสาทวิทยาที่ศูนย์การแพทย์มหาวิทยาลัยเท็กซัสเซาท์เวสเทิร์นในดัลลัสกล่าว “ ไม่มีหลักฐาน”

จริงพอรับทราบโอนีล “ เราไม่มีกลไก” สิ่งที่พวกเขามีคือการสังเกตที่ไม่เข้ากันกับแบบจำลองคลาสสิกที่อธิบายนาฬิกาเป็นเครื่องจักรของโปรตีนที่มีการสั่นและ RNA Messenger ที่พัฒนาเป็นกลไกการหลีกเลี่ยงแสง

ศูนย์กลางของการโต้แย้งของ O'Neill คือความคิดที่ว่าจะต้องมีนาฬิกาบรรพบุรุษที่สิ่งมีชีวิตที่มีนาฬิกาทั้งหมดสร้างตัวจับเวลาประจำวันของพวกเขา นักวิจัยคนอื่น ๆ ไม่สามารถยกเลิกวิวัฒนาการอิสระได้อย่างรวดเร็ว

“ ฉันไม่คิดว่าเราควรคิดว่ามันยากที่จะสร้างนาฬิกา” ซูซานโกลเด้นนักจุลชีววิทยาจากมหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนียซานดิเอโกกล่าว กลไกการกำหนดเวลาที่เห็นในธรรมชาติในปัจจุบันเป็นเพียงกลไกที่ติดอยู่ สิ่งมีชีวิตอาจลองและปฏิเสธตัวจับเวลาอื่น ๆ หรือจังหวะอื่น ๆ เมื่อเร็ว ๆ นี้กลุ่มวิจัยอิสระพบว่าหนอนทะเลมีนาฬิกาจันทรคติและเหาทะเลมีตัวจับเวลาน้ำขึ้นน้ำลง (- กลุ่มห้องปฏิบัติการของ Golden กำลังติดตั้งด้วยนาฬิกา ciranobacterial circadian เพื่อดูว่ามันสามารถรักษาเวลาในระดับที่แตกต่างกัน - สัปดาห์หรือชั่วโมงแทนที่จะเป็นวันหรือไม่

ข้อได้เปรียบในโลกแห่งความเป็นจริง

แม้ว่าจะไม่มีใครขุดนาฬิกาต้นฉบับ แต่นักวิทยาศาสตร์บางคนก็มีปรัชญาเกี่ยวกับสาเหตุที่กลไกดังกล่าวอาจมีประโยชน์ตั้งแต่แรก การหลีกเลี่ยงความเป็นพิษของออกซิเจนและการหลบหนีแสงที่สร้างความเสียหายไม่ใช่เหตุผลเดียวที่นาฬิกา circadian เป็นความคิดที่ดี นักวิจัยบางคนกล่าวว่าข้อได้เปรียบของการมีนาฬิกาอาจทำให้ปฏิกิริยาทางเคมีที่ขัดแย้งกันแยกออกจากกันหรือทำให้เซลล์ทำงานได้อย่างราบรื่นขึ้นโดยการสร้างตารางการผลิตสำหรับโมเลกุลที่จำเป็นสำหรับแต่ละขั้นตอนของปฏิกิริยาลูกโซ่ทางชีวเคมี

“ เราสงสัยว่าทำไมนาฬิกาจึงเปิดและปิดการเผาผลาญในแต่ละวันแทนที่จะปล่อยให้ทุกอย่างทำงานด้วยก๊อกน้ำ” ทาคาฮาชิกล่าว เขาและเพื่อนร่วมงานกำลังทดสอบความคิดที่ว่าการผลิตสิ่งต่าง ๆ ในการระเบิดครั้งใหญ่ในแบบที่นาฬิกากำหนดให้ประหยัดพลังงานมากกว่าการทำจำนวนเล็กน้อยในระยะเวลานานขึ้น การจำลองด้วยคอมพิวเตอร์ในปี 2010 ประมาณการว่านาฬิกา circadian อาจประหยัดสิ่งมีชีวิตพลังงานเพียงพอที่จะเติบโตได้เร็วขึ้น 15 เปอร์เซ็นต์ อย่างไรก็ตามการวัดความได้เปรียบที่เป็นไปได้ในโลกแห่งความเป็นจริงนั้นเป็นเรื่องยาก

นักสรีรวิทยา Damian Moran จากการวิจัยโรงงานและอาหารในนิวซีแลนด์พบว่ามีการทดลองตามธรรมชาติอยู่แล้วซึ่งพิสูจน์แล้วว่าเป็นการทดสอบที่ดีของแนวคิดการประหยัดพลังงาน โมแรนและเพื่อนร่วมงานในสวีเดนศึกษาปลาที่เรียกว่าเม็กซิกันเทตร้า (Astyanax Mexicanus) เพื่อเรียนรู้ว่าวิสัยทัศน์ที่มีราคาแพงอย่างมีพลังเป็นอย่างไร ปลารุ่นหนึ่งว่ายน้ำในน่านน้ำผิวน้ำ อีกเวอร์ชั่นจากถ้ำPachónในเม็กซิโกตะวันออกเฉียงเหนืออาศัยอยู่ในความมืดคงที่และไม่มีตา ปลาถ้ำมีการเปลี่ยนแปลงนาฬิกา circadian ที่ติดขัดอย่างถาวรราวกับว่ามันเป็นเวลากลางวัน

โมแรนวางพื้นผิวและปลาถ้ำไว้ในท่อว่ายน้ำและไหลน้ำเหนือพวกเขาเพื่อให้พวกเขาว่ายน้ำที่“ เดินช้า” เป็นเวลาหลายวัน เขาวัดปริมาณออกซิเจนที่ปลาใช้ ตามที่คาดไว้ปลาผิวใช้ออกซิเจนมากขึ้นในตอนกลางวันมากกว่าตอนกลางคืน แต่ปลาถ้ำใช้ออกซิเจนในปริมาณเท่ากันทั้งกลางวันและกลางคืน “ บางทีมันอาจเป็นแค่ปลาตัวนั้น” เขาจำได้ว่าคิด “ งั้นเราก็ใส่ปลาตัวต่อไป” การใช้ออกซิเจนของปลานั้นยังคงอยู่เช่นกัน

โดยการเผาผลาญของพวกเขาในอัตราที่มั่นคงตลอดทั้งวันแทนที่จะเป็นจังหวะที่ตามมาตามวัฏจักรแสงปลาถ้ำช่วยประหยัดพลังงาน 27 เปอร์เซ็นต์ทีมรายงานเมื่อเดือนกันยายนปีที่แล้วplos หนึ่ง- เมื่อทั้งพื้นผิวและปลาถ้ำได้รับการทดสอบในความมืดปลาถ้ำก็ทำได้ดียิ่งขึ้นโดยใช้พลังงานน้อยกว่า 38 เปอร์เซ็นต์

การค้นพบไม่ได้หมายความว่าทาคาฮาชิผิดเกี่ยวกับนาฬิกา circadian ที่ประหยัดพลังงานในโลกที่เป็นจังหวะ มันเป็นเพียงปลาถ้ำที่อาศัยอยู่ในสภาพแวดล้อมที่ค่อนข้างคงที่ - มืด - สภาพแวดล้อม ในกรณีนี้สิ่งมหัศจรรย์โมแรน“ คุณปลุกเร้าการเผาผลาญของคุณเพื่ออะไร” หากปลามีความคาดหวังจากเหตุการณ์“ และมันก็ไม่ได้เกิดขึ้นมันเป็นสิ่งที่น่าขยะแขยง” เขากล่าว แต่ในโลกที่พระอาทิตย์ขึ้นเป็นมาตรฐานทองคำของการคาดการณ์ได้นาฬิกา circadian อาจเป็นตัวเลือกที่ประหยัด

เพียงเพราะสัตว์บางตัวในสภาพแวดล้อมที่รุนแรงมีนาฬิกาที่แตกต่างกันอย่างสิ้นเชิงไม่ได้หมายความว่าการใช้ชีวิตโดยไม่ต้องจังหวะเป็นความคิดที่ดีสำหรับทุกคน “ ฉันค่อนข้างสงสัยว่า - ยกเว้นในบางสถานการณ์ที่น่าประหลาดใจ - ชีวิตดีขึ้นโดยไม่มีนาฬิกา” Helm นักวิทยาศาสนศาสตร์จากกลาสโกว์กล่าว ปลาถ้ำก็ไม่มีดวงตา แต่ก็ไม่มีใครโต้แย้งว่านั่นหมายความว่าดวงตาไม่สำคัญเธอพูด

บางที Golden กล่าวว่านาฬิกาไม่ได้พัฒนาด้วยเหตุผลเดียว เธอบอกว่านาฬิกาโดยทั่วไปอาจจำเป็นสำหรับ“ ไม่ถูกกระตุกโดยสภาพแวดล้อม”

---

เรื่องนี้ปรากฏในฉบับวันที่ 25 กรกฎาคม 2558 ด้วยพาดหัว“ วัฏจักรของชีวิต: การเจาะรูในรูปแบบคลาสสิกของวิวัฒนาการนาฬิกา circadian”

---

หมายเหตุบรรณาธิการ: เรื่องนี้ได้รับการปรับปรุงเมื่อวันที่ 16 กรกฎาคม 2558 เพื่อแก้ไขคำบรรยายภาพของอินโฟกราฟิก“ แม่ของนาฬิกาทั้งหมด” ก่อนหน้านี้มันกล่าวอย่างไม่ถูกต้องว่าบรรพบุรุษร่วมกันทั่วไปของสิ่งมีชีวิตทั้งหมดอาจมีนาฬิกา circadian ดั้งเดิม