研究揭示了晝夜節(jié)律神經(jīng)元的非圖像感光機(jī)制

加州大學(xué)爾灣分校的研究人員揭示了古代黃素對(duì)紫外線(xiàn)(UV)，藍(lán)光和紅光的反應(yīng)如何在一天中的某個(gè)時(shí)間通知內(nèi)部晝夜節(jié)律過(guò)程。

該研究由UCI醫(yī)學(xué)院生理學(xué)和生物物理學(xué)系教授Todd C. Holmes博士領(lǐng)導(dǎo)，題為“果蠅CRYPTOCHROME介導(dǎo)的光誘發(fā)膜去極化和體內(nèi)時(shí)鐘的獨(dú)特機(jī)制”。重置”，并發(fā)表在《美國(guó)國(guó)家科學(xué)院院刊》上。

在動(dòng)物的眼睛和其他外部光感受器中，光轉(zhuǎn)導(dǎo)的特征相對(duì)較好，以形成圖像。人們對(duì)包括中腦神經(jīng)元在內(nèi)的非眼睛感光細(xì)胞中的光轉(zhuǎn)導(dǎo)機(jī)制了解得很少。在UCI醫(yī)學(xué)院領(lǐng)導(dǎo)的研究中，研究人員揭示了藍(lán)色和紫外線(xiàn)(UV)如何產(chǎn)生持續(xù)的光響應(yīng)，這是形成非成像視覺(jué)的關(guān)鍵，該視覺(jué)可以平均環(huán)境光水平來(lái)確定一天中的時(shí)間并告知內(nèi)部晝夜節(jié)律流程。紅燈會(huì)引起輕微的反應(yīng)，但持續(xù)時(shí)間較慢。

霍姆斯說(shuō)：“形成圖像的視覺(jué)是如此迅速，以至于人類(lèi)和其他動(dòng)物可能將視覺(jué)世界視為一個(gè)連續(xù)的過(guò)程。” “我們的眼睛捕捉到光線(xiàn)的每時(shí)每刻的變化，即使從明亮的環(huán)境移動(dòng)到黑暗的環(huán)境，也能使我們看到物體和運(yùn)動(dòng)。完全不同類(lèi)型的視覺(jué)，即不形成圖像的視覺(jué)，對(duì)于告知我們有關(guān)圖像的重要性很重要。根據(jù)光的顏色和強(qiáng)度來(lái)決定一天中的時(shí)間。這是一個(gè)較慢的視覺(jué)過(guò)程，它捕獲的是平均光線(xiàn)水平，而不是光線(xiàn)的瞬時(shí)變化。”

使用果蠅，俗稱(chēng)果蠅，研究人員發(fā)現(xiàn)，在無(wú)脊椎動(dòng)物中，非成像視覺(jué)依賴(lài)于所謂的隱花色素的光敏蛋白的氧化還原化學(xué)。生物氧化還原化學(xué)通常與代謝有關(guān)。

“隱色染料的蛋白質(zhì)祖先是紫外線(xiàn)激活的DNA修復(fù)酶，它遠(yuǎn)超過(guò)30億年前出現(xiàn)在進(jìn)化中，而今天的富氧氣氛卻保護(hù)了我們免受有害的紫外線(xiàn)輻射。這些最初的光敏機(jī)制是在單次進(jìn)化時(shí)進(jìn)化而來(lái)的。細(xì)胞有機(jī)體在離水面太近后發(fā)展出了修復(fù)被紫外線(xiàn)破壞的DNA的能力，當(dāng)時(shí)陸地上沒(méi)有生命，這一非圖像形成的古老視覺(jué)形式一直存在到地球上。今天。”

燈光是晝夜節(jié)律的主要調(diào)節(jié)器，它會(huì)引起廣泛的一天中特定的行為。通過(guò)了解昆蟲(chóng)對(duì)短波長(zhǎng)光的反應(yīng)方式，研究人員希望開(kāi)發(fā)出新的，環(huán)保的替代品，以控制有害昆蟲(chóng)，例如蚊子和蒼蠅，并減少對(duì)有毒農(nóng)藥的需求。