Вчені продовжують досліджувати зв’язок між засоленістю середовища, у якому ми живемо, та імовірним порушенням наших добових ритмів. Останні дослідження, зокрема, вказують на досить серйозні негативні наслідки.

Коли зима вступає в свої права й сипле сніг на підморожену землю, в Україні знову прибігають до застарілого метода та посипають дороги сіллю. Однак навряд чи сьогодні ми замислюємося над тим, що вона є забруднювачем.

Наскільки безпечна боротьба зі снігом на дорогах? Це намагаються встановити дослідники. Джерело: КМДА

Кожної зими по всьому світу на дороги висипають мільйони тонн солі [2]. Нею також обробляють судноплавні ріки. Коли сніг та крига тануть, численні потічки води несуть сіль в струмки та озера, через що вони невпинно збільшують свою солоність.

В тему: «Киевавтодор» сильно переплатил за соль менеджерам Юрия Иванющенко [3]

Солоний слід у природі

У Політехнічному інституті Ренселаєра (США) Рік Релі та його лабораторія працюють над проблемами штучного засолення екосистем. Не дивно, що вони виявили негативний вплив [4] солі на живі організми. Але вчені також з’ясували, що деякі види мають здатність справлятися зі збільшенням солоності. Проте, за всі пристосування доводиться платити.

У нещодавньому дослідженні [5] Рік Релі та його колеги проаналізували, як звичайний вид планктонних ракоподібних Daphnia pulex пристосовується до підвищення рівня дорожньої солі. Вчені з’ясували, що надмір солі впливає на важливий біологічний ритм [6]: циркадний годинник, який керує живленням дафній та її здатністю захищатися від хижаків. Оскільки для багатьох риб дафнії є ласим шматочком їжі, вплив солі швидко поширюється і на інші ланки екосистеми. Але чи може сіль впливати на циркадний годинник людини?

Дафнія — організм з циркадними ритмами. Джерело: snakesafe

В тему: Как чистят снег в Канаде: Перед снегопадом парковаться на больших улицах запрещено [7]

Лабораторні досліди показали, що Daphnia pulex адаптується до підвищеного рівня солоності всього за два з половиною місяці — навіть до високої дози 1000 міліграм на літр — а саме такий рівень засолення був зафіксований американськими дослідниками у деяких забруднених озерах Північної Америки.

Проте вчені поставили собі інше питання:

«Чим доводиться жертвувати дафніям, щоб виживати у солоному середовищі?»

Паралельно інша команда дослідників на чолі з Дженіфер Харлі працювала над зовсім іншою темою. Вони вивчають циркадні ритми, які дозволяють нам стежити за часом. Предметом їхніх досліджень є взаємодія біологічних молекул та клітин, які працюють разом заради того, щоб організм правильно реагував на зміну дня та ночі. Циркадні ритми важливі для виживання та комфортного існування людини та багатьох інших тварин.

Рік та Харлі разом висунули гіпотезу, що адаптація до високого рівня засоленості може порушити циркадні ритми дафнії. Для цього припущення вчені мали вагомі підстави, адже інші забруднювачі навколишнього середовища порушують циркадну поведінку організмів.

Дафнії мають одну яскраво виражену активність, що контролюється циркадними ритмами — це вертикальна міграція. Ці планктонні ракоподібні включені до наймасштабнішого руху біомаси на Землі, що виникає в океанах, затоках та озерах. Планктон і риба занурюються на глибину вдень, щоб уникнути хижаків і пошкодження сонячними променями. Вночі ж ці істоти прямують ближче до поверхні, щоб знайти собі їжу.

Хоча циркадні ритми й захищені від впливу багатьох екологічних факторів, деякі з них все ж порушують відчуття часу у тварин. У спекотні дні добовий ритм може скоротитися до 20 годин, тоді ж як в прохолодні продовжитися до 28.

Гени часу

Вчені почали дослідження з того, щоб з’ясувати, які гени відповідають за циркадні ритми дафнії. Команда дослідників виявила два гени, відомі як «період» і «годинник». Вони були вперше знайдені у класичної моделі для дослідження впливу змін дня і ночі на організм — звичайної плодової мушки (Drosophila melanogaster).

Вчені досліджували рівень використання генів «періоду» та «годинника» в дафній, лишаючи їх у постійній пітьмі. Отримані дані показали, що рівень використання цих генів змінювався за 24-годинним ритмом. Тобто був отриманий яскравий доказ того, що дафнії володіють функціональним циркадним годинником.

Далі команда Ріка та Харлі відстежувала рівні використання генів «періоду» та «годинника» в популяціях дафній, які адаптувалися до підвищеної солоності. Їхньому здивуванню не було меж, коли вони виявили, що ракоподібні втрачають здатність відрізняти зміну періоду і часу у результаті зростання засолення. Циркадні ритми дафнії пошкодила звичайнісінька кухонна сіль!

Вчені ще не з’ясували, який механізм послаблення добових ритмів під впливом засолення. Скоріш за все вмикається епігенетичне [8] регулювання — хімічні зміни, що впливають на функцію генів, не змінюючи їхньої ДНК. І чим довше й сильніше діє фактор засолення, тим більший рівень пошкодження циркадного годинника спостерігали вчені.

Вплив на людей

Екологічні умови можуть впливати на циркадні годинники багатьох видів. Залежність рівня вираження генів, що відповідають за добові ритми, від кількості цукрів у середовищі була показана для гриба Neurospora crassa. Але це дослідження вперше показало, що гени циркадного годинника залежать від адаптації організму до забруднювача навколишнього середовища. Так само, як механічний годинник іржавіє з часом, так і внутрішній годинник живих істот може зламатись під тиском факторів довкілля.

Циркадні (добові) ритми людини — інфографіка. Science Ukraine / NIGMS

В тему: Белая смерть «Артемсоли»: на продаже государственной соли зарабатывают частные фирмы [9]

Оскільки дафнії перестають здійснювати вертикальні міграції у водоймі, то це може призводити до значних змін в екосистемі. Адже вони є ключовими споживачами водоростей і джерелом їжі для багатьох риб.

Окрім того, варто замислитись над тим, що забруднення навколишнього середовища може впливати й на добові ритми людини. Генетична організація циркадного годинника дафнії майже така ж, як і у нас. Добові ритми впливають на функціонування клітини, їхній поділ і ріст, а також фізіологічні параметри, такі як температура тіла та імунні реакції.

Коли циркадні ритми порушуються, у людей спостерігається збільшення частоти виникнення раку [10], діабету, ожиріння, серцевих захворювань, депресії та багатьох інших захворювань.

Циркадні ритми важливі для здоров’я людини. Джерело: Julio Rojas

Дослідники продовжують свою роботу, вивчаючи, як порушення сприйняття часу впливає на участь дафній у вертикальній міграції. Вони також працюють над з’ясуванням основних причин цих змін, щоб встановити, наскільки порушення добових ритмів загрожує людям.

Наслідки, які вони виявили в дафній, показують, що навіть така проста речовина, як сіль, може мати надзвичайно складний вплив на живі організми.

За матеріалами: The Conversation [11] (2018); DOI: 10.1016/j.envpol.2016.12.024 [5]; DOI: 10.1016/B978-0-12-396971-2.00010-5 [10]; Ecol Appl (2017), doi: 10.1002/eap.1487/ [12]; USGS [2](2014).

Олексій Коваленко, Science Ukraine [13]

В тему:

• Ногу свело: в чем соль? [14]
• Удивительный мир обычных вещей под микроскопом [15]
• Переработка и стыд: суицид в Японии [16]
• «Розчарована» Десна [17]
• Как собаки защищают детей от болезней [18]