У насекомых биологические ритмы разных органов синхронизируются друг с другом с помощью сложноустроенных нейронных цепочек.

Когда мы говорим о биологических часах, которые управляют суточной активностью клеток, органов и организма в целом, то всегда уточняем, что часов этих в нас довольно много: есть центральные, которые находятся в мозге, и есть периферические, которые управляют отдельными органами и системами органов.

Нейроны главных часов в мозге дрозофилы (фиолетовые) и нейроны, управляющие активностью переднегрудной железы (зеленые). (Фото: Julius-Maximilians-Universität Würzburg.)

Хотя периферические часы могут до некоторой степени работать самостоятельно, они все же слушаются главных, тех, что в мозге, которые корректируют ритм всех остальных. Однако как часы разных уровней обмениваются друг с другом информацией, до сих пор не вполне ясно.

Исследователи из Вюрцбургского университета решили узнать, как у мухи дрозофилы связаны друг с другом главный часовой механизм в мозге и тот, который управляет ритмами переднегрудной (проторакальной) железы. Она синтезирует гормон экдизон, управляющий метаморфозом и линькой, при этом в работе железы есть хорошо заметная суточная периодичность: сформировавшиеся взрослые мухи выходят из куколок только по утрам, в самом начале дня. Иными словами, переднегрудная железа должна точно знать время суток, чтобы вовремя дать гормональный сигнал «на выход».

В статье в Nature Communications авторы пишут, что проторакальную железу у дрозофил контролируют специальные нейроны, выделяющие проторакотропный гормон. Сами по себе эти нейроны не принадлежат никаким часам и не проявляют никакой регулярной активности, связанной со сменой времени суток, однако именно они служат связующим звеном между центральными часами и периферическими часами в железе.

Сигналом «из центра» служит особый нейропептид, который выделяют «часовые» нейроны в мозге. Нейропептид в нужное время активирует нервные клетки, контролирующие железу, а они, в свою очередь, посылают ей соответствующий гормональный сигнал.

Манипулируя часовыми механизмами, можно сбить расписание, по которому взрослые мухи выходят из куколок. Например, если замедлить центральные часы, то и дрозофилы будут вылупляться позже, хотя ритмический механизм самой железы останется в норме. С другой стороны, если сбить ритмы железы, но не трогать центральный механизм, то мухи все равно будут покидать куколки в правильное время.

У млекопитающих нечто похожее происходит с корой надпочечников, которые синтезируют глюкокортикоиды – гормоны очень широкого спектра действия: считается, что они не только регулируют обмен веществ, не только влияют на иммунитет и помогают справиться со стрессом, но и активно регулируют все циркадные ритмы организма.

Иными словами, из-за неправильной работы надпочечников могут рассинхронизироваться все наши внутренние часы, что чревато самыми разными болезнями, от депрессии до сердечно-сосудистых расстройств и диабета. С другой стороны, сами надпочечники подчиняются гормональным сигналам, идущим от мозга, так что, изучая взаимосвязь часовых механизмов у дрозофилы, мы, возможно, сможем узнать что-то новое и о том, как суточные ритмы управляют нашей собственной эндокринной системой.