Сон без мозга: как кораллы отдыхают от своих симбионтов

Сон – жизненно важный процесс для большей части животного мира. Ночью активируются механизмы восстановления нейронов и тканей, помогая оправиться от дневной активности. Это рискованное занятие: спящие организмы становятся уязвимее для хищников. Тем не менее, это явление распространено от млекопитающих до беспозвоночных. До недавнего времени оставалось загадкой, нуждаются ли в подобном ночном отдыхе более древние группы животных без нервной системы, например, кораллы.

Исследование, проведенное Институтом эволюционной биологии (IBE) в Испании, показало, что кораллы тоже спят, несмотря на отсутствие у них нейронов. При этом их внутренний мир микробов – микробиом – бодрствует. Впервые ученым удалось выявить биологический суточный ритм, который выходит за рамки одного организма и помогает поддерживать симбиотические отношения прямо в естественной среде обитания. Кораллам необходимо отдыхать от заката до рассвета, чтобы восстановиться после окислительного стресса, который вызывают их микроскопические сожители в светлое время суток.

Работа велась на живом коралловом рифе у острова Кюрасао в Карибском море. Объектом изучения стал мозговой коралл Pseudodiploria strigosa и его симбионт – водоросль Breviolum, которая живет внутри его клеток и обеспечивает питание за счет фотосинтеза. Команда исследователей совершала погружения на глубину около пяти метров каждые шесть часов в течение трех дней, чтобы проанализировать активность коралла и его микробиома.

Анализ экспрессии генов показал, что хозяин – коралл – ночью спит. «P. strigosa спит треть суток, как и люди, а цикл дня и ночи регулирует его биологические часы, известные как циркадный ритм», – объясняет Брэдли Аллен Уайлер, первый автор исследования. Но пока коралл отдыхает, его микробы остаются активными и в основном стабильными.

С наступлением темноты кораллы активируют механизмы для восстановления ДНК, поврежденной в течение дня. В светлое время суток симбионты занимаются фотосинтезом, производя органические вещества для питания коралла, но вместе с тем и активные формы кислорода, которые могут повредить как ткани, так и генетический материал хозяина. Сон позволяет кораллам минимизировать этот ущерб и сбалансировать отношения с микробами. «Ночью кораллы восстанавливают ДНК, поврежденную их симбионтами, – говорит Хавьер дель Кампо, руководитель группы исследователей. – Микробы прекращают фотосинтез, но поддерживают другие клеточные функции и не нуждаются в длительном отдыхе».

Исследование показывает, как взаимовыгодные отношения могут быть полезными, несмотря на побочные эффекты. Сон коралла позволяет ему восстанавливаться от ежедневных повреждений и поддерживать симбиоз, который без этого ритма стал бы токсичным. Вполне возможно, что эти микроорганизмы оказались «в ловушке» внутри клеток кораллов миллиарды лет назад, и этот контакт в итоге привел к взаимовыгодным отношениям, которые поддерживаются благодаря определенным компромиссам.

Это открытие может помочь в разработке стратегий восстановления коралловых рифов, которые включают выращивание кораллов в искусственных условиях для последующей реинтродукции. «Теперь мы лучше понимаем физиологию кораллов – великих архитекторов морских экосистем», – отмечает Уайлер. Новые данные также подтверждают, что сон – это древний механизм, который служит для восстановления тканей и ДНК, поврежденных во время дневной активности. «Мы часто думаем, что спать нужно только животным с мозгом, но все живые существа нуждаются в восстановлении. Установление внутреннего ритма, способствующего этому, – очень древняя и успешная эволюционная стратегия», – добавляет дель Кампо. Впервые было показано, что сон может быть ключом к поддержанию отношений между видами, эволюционировавшими вместе, что заставляет переосмыслить роль симбиоза в истории жизни на Земле.