Поскольку зима поворачивается к весне, дни становятся неощутимо более длительными. Эти тонкие сигналы могут быть потеряны на нас, но птицы так или иначе следят, контролируя прохождение сезонов так, чтобы они знали, когда сцепиться. Теперь, после десятилетий поиска, исследователи сообщают, что они наконец идентифицировали протеин, позволяющий птицам знать, когда весна здесь.В мире птицы выбор времени – все.
Грачи, например, должны размножаться в феврале или марте чтобы гарантировать, что почва будет достаточно сырой для них для легкого выявления червей для кормления их младенцев. Щеглы, с другой стороны, размножаются несколько месяцев спустя, потому что они питаются семенами, которые не доступны вначале. «Это – увеличивающаяся длительность дня в начале весны, вызывающей все эти репродуктивные ответы», говорит Рассел Фостер, нейробиолог в Оксфордском университете в Соединенном Королевстве и ведущем авторе нового исследования.Но как птицы ощущают эти более длительные дни? Эксперименты в 1930-х показали, что ключ находится не в птичьем глазу, как можно было бы ожидать, а в гипоталамусе, регион глубоко в мозгу.
Для демонстрации этого французский ученый вставил тонкие стеклянные пруты в гипоталамус ослепленных уток для искусственного освещения только что часть мозга. Демонстрация мозгов уток к весенним длительностям дня вызвала тестикулярный рост.
Зимние длительности дня не имели никакого эффекта.Во многих отношениях это целесообразно, что сезонный датчик проживал бы глубоко в мозгу, говорит Фостер.
Черепа птицы являются настолько тонкими, и их мозги являются настолько маленькими, что свет может проникнуть к клеткам в интерьер. Кроме того, датчик «близко ко всем тем битам в гипоталамусе, регулирующим репродуктивную систему», говорит он.Несмотря на то, что эти ранние эксперименты намекнули на приблизительное место светочувствительных датчиков, в течение многих десятилетий никто не мог точно определить точно, каковы они были.
Свежие подсказки прибыли в 1997, когда бригада Фостера обнаружила новый светочувствительный протеин в глазах лосося и назвала его позвоночным древним opsin (VA opsin). Поскольку протеин также появился в мозгах рыбы, исследователи «вошли в азарт ужасно», говорит Фостер. «Мы думали, ‘Большой! Это будет мозговым фоторецептором птиц и рептилий и амфибий и рыбы’».
Но за следующее десятилетие, исследователи не нашли доказательств VA opsin у других позвоночных животных. Фостер и коллеги не сдавались, однако, и их постоянство окупилось.Для расположения неуловимого протеина у птиц исследователи просеяли куриный геном для последовательностей ДНК, подобных VA opsin ген у данио-рерио.
В конечном счете они наткнулись через регион на хромосому 6, который был на 70% идентичен. Еще более многообещающий, ген был выражен в курином глазу и мозговой ткани.Но Фостер и коллеги все еще не знали, закодировала ли куриная версия VA opsin ген для светочувствительной молекулы. Таким образом, они спроектировали невроциты мыши для производства протеина гена.
И действительно, клетки стали светочувствительными, генерировав электрические сигналы в ответ на свет. Для определения точно, где эти светочувствительные клетки расположены исследователи произвели антитела, которые свяжут с VA opsin. Антитела, «связанные красиво» с невроцитами в гипоталамусе в мозгах цыпленка и перепела, говорит Фостер». [Это] точно регион мозга, где все ранние исследования предложили, чтобы должен был быть фоторецептор», говорит Фостер, бригада которого сообщает о своих результатах онлайн на этой неделе в Текущей Биологии.Питер Шарп, птичий биолог в Эдинбургском университете в Соединенном Королевстве, говорит, что бумага делает хороший случай.
Исследование показывает, что VA opsin является «очень сильным кандидатом на этот глубокий мозговой фоторецептор», говорит он. Но Sharp не совсем готов объявить тайну solved:. «Большая проблема, у них нет заключительного доказательства.
Они должны быть в состоянии показать, удаляют ли они тот протеин в некотором роде, тогда птицы прекратят быть в состоянии сказать, когда длительность дня удлинит, и весна наступает».