Многолетние биологические ритмы в жизни животных и человека

Правда, это различие периодов может быть обусловлено тем, что один и тот же осциллятор на постэмбриональных стадиях развития укорачивает свой период в результате созревания входных сенсорных путей или дополнительных клеток-часов.

У Drosophila melanogaster найдены мутации, затрагивающие периодичность выхода из куколок и подвижности взрослых особей. Эти мутации действуют на оба ритма сходным

образом. Еще одна мутация, недавно выявленная в отдельном локусе, удлиняет период обоих ритмов на 1,5 ч. Кроме того, оба ритма могут захватываться на стадиях личинки и куколки, и КСФ колебателя дикого типа для обоих ритмов близки по форме и амплитуде. Эти результаты, как и данные о Pectinophore, позволяют предположить, что оба ритма контролируются сходными, если не тождественными осцилляторами.

Мультигенный анализ

Нейман изучал у комара Clunio, обитающего в приливной зоне, различия между природными популяциями по времени выведенного имаго. Линии, выделенные в разных местах европейского побережья, различаются по этому признаку, так как они приспособлены к местным особенностям приливов и отливов. После скрещиваний двух линий с разным временем выхода имаго первое поколение потомков выводилось в какое-то промежуточное время. Возвратное скрещивание первого поколения с одной из родительских линий тоже давало промежуточное время. Таким образом, время выхода взрослой формы у Clunio контролируется продуктами одного или нескольких генных локусов. У гетерозигот это время выхода зависит от средней активности продуктов всех локусов, а не от простого сложения их эффектов, так как в последнем случае получился бы двухвершинный ритм с пиками, соответствующими временами выхода имаго у двух родительских форм.

Ренсинг и др. исследовали межлинейное различия в суточном профиле потребления кислорода у Drosophila melanogaster. В результате сравнения линий с разными соотношениями числа Х-хромосом и аутосом был сделан вывод, что Х-хромосома существенно влияет на положение вечернего максимума потребления кислорода при режиме СТ 12:12. У дрозофилы и бабочки пектинофоры путем отбора можно получить линии с ранним и поздним временем выведения. Отбор в лабораторной популяции Drosophila melanogaster дикого типа привел к большему размаху вариации по этому признаку, чем отбор в природной линии мух; это свидетельствуют о том, что длительное разведение в лаборатории ослабило давление отбора. В результате селекции D. pseudoobscura на протяжении 50 поколений были получены две стабильные линии с ранним и поздним временем выведения имаго, различия между которыми составляло около 4 ч. Однако КСФ для обеих линий, как выяснилось, совпадают; значит, отбор, вероятно, затронул лишь внешние ведомые системы (которые сами по себе могут быть колебательными), но не ведущий осциллятор, способный непосредственно реагировать на свет.

В результате отбора ранней и поздней линии Pectinophora было получено 5-часов различие фаз выведения. КСФ у этих двух линий не измерялись, но зато были сопоставлены различия по трем наблюдаемым ритмам. Оказалось, что на ритмы вылупления из яиц и выхода из куколки отбор повлиял одинаково: по их фазам при режиме СТ14:10 линии различались на 5ч. Ритм откладки яиц, напротив, у обеих линий совпадал.

Таким образом, путем отбора удалось выявить различие двух коллебателей, задающих ритмы вылупления и выхода из куколки, с одной стороны, и ритм яйцекладки - с другой.

Анализ отдельных генов

У двух видов дрозофилы были найдены мутации отдельных генов, влияющих на ритмы выхода из куколки и подвижности взрослых особей. В Х-хромосоме D. Pseudoobscura было локализовано 5 мутаций, вызывающих аритмию в условиях постоянного освещения. У мутантов при переменном освещении в той или иной степени проявлялись вынужденные, экзогенные ритмы выведения имаго. Эти пять мутаций можно было разделить на две комплементационные группы. Двойные гетерозиготы внутри каждой группы в постоянных условиях были аритмичны, в то время как у двойных гетерозигот с мутациями из разных групп наблюдались свободнотекущие ритмы с более длинным периодом, чем у дикого типа, а фазы их ритмов запаздывали примерно на 5ч относительно фаз дикого типа, как при переменном освещении, так и в постоянных условиях после захватывания. Таким образом, комплементация между двумя группами «аритмичных» мутаций оказалась неполной. Это позволяет думать, что для нормального ритма необходимо по меньшей мере два различных генных продукта. Результаты указывают также на то, что и период, и фазы ритма находятся под генетическим контролем и что продукты генов, участвующие в поддержании ритмичности, в то же время влияют на фазу ритма. Из того факта, что у мутантов утрачены как ритмы выведения, так и ритм подвижности, следует, что осцилляторы, контролирующие эти ритмы, имеют, по крайне мере один общий компонент, хотя у мух дикого типа свободнотекущий период второго ритма значительно короче, чем первого.

У D. pseudoobscura в Х-хромосоме были найдены четыре мутации, влияющие на период ритмов выведения и двигательной активности имаго. Три из них – аллельные и локализованы в области ЗВ1-2. четвертая находится в области 10;она удлиняет период обоих ритмов на 1,5ч. Три мутации из области ЗВ1-2 относится к локусу per. Изменения этого локуса могут сокращать период ритма до 19 ч(per5), удлинять его до 29ч(per1) или вовсе уничтожить ритмичность(per0). Свободнотекущие периоды обоих ритмов у Drosophila melanogaster так же, как у D. pseudoobscura.

Аллели per1 и per0 почти полностью рецессивны по отношению к гену дикого типа. У гетерозигот pers + и per5/ per1 периоды промежуточные между периодами соответствующих гомозигот. Аллель per0 ведет себя как отсутствие области ЗВ1-2 из чего можно заключить, что при этой мутации не образуется активного генного продукта.

Хотя мутации per5 и per1 резко изменяют период ритмов выведение и подвижности имаго, оба периода все же остается мало зависимыми от температуры в диапазоне от 18 до 25С. Однако температурная зависимость при этих двух мутациях противоположна: у мутантов per1 период с повышением температуры удлиняется, а per5- укорачивается; иными словами, при низких температурах период обоих мутантов приближаются к периоду дикого типа. Таким образом, эти мутации влияют и на чувствительность колебателя к температуре.

Область Х- хромосомы, на которой картированы аллели per, была подробно исследована Джаддом и др. в этой области число комплементационных групп леталей примерно равно числу видимых хромосомных дисков. Генетический анализ позволяет думать, что каждая такая группа соответствует определенному диску. Однако локус per не является аллелем какого-либо из деталей этой области. Очевидно, это не жизненно важный локус, поскольку его мутации не приводят к гибели насекомого. Возможно, что локус per – регуляторный, а не структурный ген. Для аллеля per5 была получена кривая смещения фазы. Примечательно, что эта мутация не только сокращает свободнотекущий период, но и увеличивает размах КСФ. Мутантная кривая относится к типу 0 по Уинфри, а нормальная – к типу 1. Таких мутантов, так же как и мух дикого типа D. Pseudoobscura, можно привести в почти аритмичное состояние одним критическим импульсом света, если приложить его в определенной фазе эндогенного цикла. Однако колебатель per отличается от колебателя D. Pseudoobscura тем, что его период короче, задержка его фазы протекает более медленно и между двумя критическими стимулами вызывающими аритмию, нет темновой адаптации.

 Скачать реферат