Несмотря на то, что цианобактерии являются одними из самых простых форм жизни на Земле, они способны предвидеть смену времён года и готовиться к ней в зависимости от количества получаемого ими света.
Уже более века известно, что сложные организмы могут использовать длину дня в качестве сигнала о будущих условиях окружающей среды — например, дни становятся короче перед похолоданием. Такие явления, как миграция, цветение, спячка и сезонное размножение, управляются такими реакциями у растений и животных, известными как фотопериодизм, но до сих пор они никогда не наблюдались у простых форм жизни, таких как бактерии.
Луиза Джаббур, работавшая в то время в Университете Вандербильта в Нэшвилле, штат Теннесси, и ее коллеги искусственно подвергали цианобактерии Synechococcus elongatus воздействию светового дня различной продолжительности и обнаружили, что те бактерии, которые подвергались имитации короткого светового дня, в два-три раза лучше переносили ледяные температуры, что свидетельствует о том, что они были готовы к условиям, близким к зимним.
Тестируя более короткие и более длительные периоды, исследователи определили, что для развития реакции требуется от четырех до шести дней.
Эти организмы порождают новое поколение в течение нескольких часов, а это значит, что клетки должны передавать информацию о продолжительности дня своим потомкам. Однако исследователи пока не понимают, как передается эта информация.
Цианобактерии, которые извлекают энергию из солнечного света посредством фотосинтеза, существуют уже более 2 миллиардов лет и встречаются практически повсюду на Земле.
«Тот факт, что такой древний и простой организм, как цианобактерия, может иметь фотопериодические реакции, говорит о том, что это явление возникло гораздо раньше, чем мы могли себе представить», — говорит Джаббур, который сейчас работает в Центре Джона Иннеса в Норвиче, Великобритания.
Команда также рассмотрела, как меняются паттерны экспрессии генов в ответ на изменение продолжительности дня. Их результаты показывают, что фотопериодизм, вероятно, развился путем кооптации существующих механизмов для борьбы с острыми стрессами, такими как яркий свет и экстремальные температуры.
По словам члена группы Карла Джонсона из Университета Вандербильта, эти результаты также имеют значение для эволюции циркадных ритмов — биологических часов, которые регулируют циклы дня и ночи.
«Я думаю, мы всегда предполагали, что суточные часы развились до того, как организмы научились измерять продолжительность дня/ночи и, таким образом, предвидеть смену времен года», — говорит он. «Но тот факт, что фотопериодизм развился у таких древних и простых организмов, и наши результаты экспрессии генов указывают на пути реакции на стресс, которые, вероятно, развились очень рано в жизни на Земле, позволяют предположить, что фотопериодизм мог развиться до циркадных часов», — говорит Джонсон.
