Людський кріптохром дозволяє дрозофілами орієнтуватися в магнітному полі. За вертикальної осі – індекс переваги магнітного рукава немагнітному. Білі та червоні стовпчики означають реакцію мух на магнітне поле в «наївному» стані, а чорні і зелені – у тренованому.

Чорні та білі стовпчики ставляться до експериментів з кріптохромом дрозофіл, а зелені та червоні – з людським кріптохромом. Цифри всередині стовпчиків позначають кількість груп мух, які брали участь в дослідженні. Видно, що магнітне поле можуть розпізнавати і мухи дикого типу (Canton-S), і ті, яких штучно змусили експресувати їх власний кріптохром (tim-GAL4/UAS-dcry), і ті, які експресують людський кріптохром (tim-GAL4/UAS -hCRY2). Тільки відсутність кріптохрома як такого (UAS-hCRY / +) не дозволяє мухам відчувати магнітне поле. Зображення з обговорюваної статті в Nature Communications

Магніторецепція – тобто здатність відчувати магнітне поле – характерна для багатьох тварин. У 1980 році відомий вчений і популяризатор науки Робін Бекер (Robin Baker) опублікував (і не де-небудь, а в журналі Science) статтю, в якій доводилося, що і людина має магніторецепціей. Стаття викликала справжній фурор, і безліч вчених спробували повторити експерименти Бекера – але невдало. Результати цих експериментів не відтворювалися; наукова репутація Бекера серйозно постраждала, а дослідження магніторецепціі у людини зупинилося на довгі роки. Проте останнім часом в науковому співтоваристві знову прокинувся інтерес до цієї теми. І ось недавно були отримані дані, які побічно свідчать про існування магнітного почуття у людини.

Способи визначення магнітного поля дуже різноманітні у різних живих істот – від клітинних органел магнітосом (див. magnetosome) у бактерій до магнетит-вмісних структур у верхній частині дзьоба птахів. А якийсь час назад почав бурхливо вивчатися ще один вид магніторецепціі – хімічний. Суть його в наступному.

Уявімо собі, що у нас є дві близько розташованих молекули (або дві частини однієї молекули) AB. З якоїсь причини (скажімо, під дією світла певної довжини хвилі), A втрачає один з електронів і він потрапляє на B. Ми отримуємо два неспарених електрона (один – залишився на A, а другий – перепригнувшій на B), чиї спини можуть бути протилежно направлені (↑ ↓) або односпрямовані (↑ ↑). Кожен спін породжує певний магнітний момент, а значить, доля одержані молекул залежить від магнітного поля. У залежності від його сили та напрямку відбудеться або відновлення первісної структури AB, або виникне «магніторецептівная» сигнальна форма C. Ця сигнальна формавикличе якісь каскади реакцій, які «повідомлять» клітині (а слідом за нею і організму) про те, яке магнітне поле в даній точці. Реакції такого типу називаються «реакціями пар радикалів».

За загадковим поєднанням AB, використаним в нашому схематичному описі реакції, ховається дуже відомий білок під назвою кріптохром (див. також Cryptochrome), який знаменитий своєю участю в регуляції циркадних ритмів у тварин і рослин. (До речі, існування кріптохрома – на підставі чутливості рослин до синього світла – першим запідозрив Чарльз Дарвін). Існують два типи цього білка. Кріптохром першого типу зустрічається тільки у безхребетних і регулює добові ритми світлозалежна способом; кріптохром другого типу характерний і для хребетних і для безхребетних і, судячи з усього, регулює добові ритми светонезавісімо.

Отримано досить багато даних про те, що обидва типи кріптохрома забезпечують магнітне почуття у деяких видів тварин. Наприклад, показано, що мушки дрозофіли, у яких був «вимкнений» характерний для них кріптохром першого типу, втрачають магнітне почуття, коли ж змусити їх заново експресувати їх власний кріптохром першого типу (або навіть кріптохром другого типу метелика монарха, який для дрозофіл зовсім не характерний), вони знову стають чутливими до магнітного поля.

У людини в сітківці теж є кріптохром другого типу, але до цих пір не було вивчено, чи здатний він опосредовать магнітне почуття чи ні. Щоб перевірити це, дослідники з Медичної школи Массачусетського університету провели серію дослідів, в яких змушували дрозофіл з вимкненим CRY1 експресувати людський кріптохром і дивилися, як це відіб'ється на здатності мушок визначати магнітне поле.

Для того, щоб вмикати і вимикати експресію різних генів у дрозофіл, існує чудова методика під назвою GAL4/UAS. За цією методикою експресія потрібного гена відбувається тільки тоді, коли в одному мушачі організмі зустрічаються дві половинки експрессіонной системи – транскрипційні активатор GAL4 і ділянка промотора UAS. При цьому GAL4 присутня не у всьому організмі, а тільки в суворо визначених областях. Наприклад, в даному випадку GAL4 був прив'язаний до гену Timeless (tim), який експресується тільки в нейронах, що забезпечують циркадні ритми.

У людини є два підвиди кріптохрома другого типу – hCRY1 і hCRY2. У даних дослідженнях вивчався тільки hCRY2, оскільки він експресується в набагато більших кількостях, ніж hCRY1 (а значить, швидше за все, має набагато більше значення для передбачуваного магнітного почуття).

Дослідження магнітного почуття у дрозофіл вигострить в попередніх експериментів. Для цього мух запускають в Т-подібний лабіринт, в одному з рукавів якого магнітне поле набагато сильніше, ніж в іншому. У цьому «магнітному» рукаві поміщається розчин цукру, який дрозофіли дуже люблять. Якщо у мух є магнітне почуття, то в «наївному», ненавчених стані вони будуть уникати магнітного рукава, а в навчанні – навпаки, прагнути до нього, оскільки там їх чекає підкріплення. Якщо ж у мух немає магнітного почуття, то вони будуть майже рівномірно розлітатися між двома рукавами. Підрахувавши кількість мух в одному і іншому рукаві лабіринту, потрібно обчислити індекс переваги магнітного рукава по формулі (PM – 0,5) / 0,5, де PM – це частка мух, що знаходяться в магнітному рукаві лабіринту.

Дослідники провели експерименти в Т-подібному лабіринті з мухами наступних чотирьох ліній:

1. Дикий тип (ця мушача лінія називається Canton-S).

2. Мухи з вимкненим кріптохромом, яких змусили знову експресувати їх «рідний» дрозофіли кріптохром за допомогою GAL4/UAS (tim-GAL4/UAS-dcry).

3. Мухи з вимкненим кріптохромом, яких змусили експресувати за допомогою GAL4/UAS людський кріптохром hCRY2 (tim-GAL4/UAS-hCRY2).

4. І нарешті, мухи з вимкненим кріптохромом, який так і не був включений назад (UAS-hCRY / +).

І от виявилося, що людський кріптохром дозволяє мухам відчувати магнітне поле майже так само добре, як їх рідний, Мушин, кріптохром.

Оскільки кріптохром – це флавопротеїни, чутливий до синього світла, то в наступному експерименті дослідники вирішили перевірити, пропаде чи у мух з людським кріптохромом магнітне почуття, якщо тестувати їх у відсутність синього світла. Іншими словами, світлозалежна магніторецепція, що забезпечується людським кріптохромом, чи ні?

Дослідники протестували мух з людським кріптохромом в різних умовах: при освітленні повним світловим спектром; при освітленні світлом з довжиною хвилі більше 500 нм і при освітленні світлом з довжиною хвилі більше 400 нм (флавін показує чутливість до світла з довжиною хвилі 450 нм). Результати свідчили про те, що, принаймні у дрозофіл, опосередкована людським кріптохромом магніторецепція залежить від синього світла (див. рис. 2).

Рис. 2. Розпізнавання людським кріптохромом магнітного поля залежить від синього світла. При висвітленні світлом, в якому немає синьої складової (> 500 нм), магнітне поле не распонается. Full spectrum – повний спектр. Зображення з обговорюваної статті в Nature Communications

Результати отриманих експериментів говорять про те, що людський кріптохром може забезпечувати магніторецепцію. Однак забезпечує він її насправді у людини чи ні, тобто чутливий людина до магнітного поля, – все одно залишається відкритим питанням. Тема потребує подальших дослідженнях, і, напевно, враховуючи світлочутливість людського кріптохрома, варто зосередитися на вплив магнітного почуття на зір, а не на невізуальних ефекти магнітного поля.

За матеріалами: elementy.ru.

Tweet