پرندگان مهاجر چگونه با نبود قدرت تشخیص میدان مغناطیسی در نور کم مهاجرت می‌کنند

0 ۴۱

کریپتوکروم و فعالسازی جی‌پی‌اس پرندگان

پرندگان کوچ کننده به اتکای خود بر روی میدان مغناطیسی زمین در پیدا کردن مسیر خود معروف هستند. اینطور که انتظار می‌رود پروتئینی به نام کریپتوکروم که به نور آبی حساس است این قابلیت را برای پرندگان قابل انجام ساخته است.

ولی بسیاری از این پرندگان به کوچ کردن در شب هنگام معروف هستند که نور کافی نیز در این زمان وجود ندارد. به همین دلیل علت هنوز چگونگی فعالیت کریپتوکروم در این پرندگان معلوم نشده است.

شما همچنین می‌توانید مقاله “بادخورک افسانه‌ای” را نیز مطالعه نمایید.

به همین دلیل تحقیقات جدیدی توسط مرکز پزشکی جنوب غرب UT با همکاری دانشگاه SMU انجام گرفته است تا بتوانند این معما را حل کنند.

محققان متوجه شدند که کریپتوکروم‌های موجود در پرندگان مهاجر باعث ایجاد مکانیسمی شده‌اند که پاسخ دادن به نور در آن‌ها را تقویت کرده است که باعث می‌شود آنها میدان‌های مغناطیسی را حس کرده و به آنها پاسخ دهند.

شیمیدان SMU برایان Zoltowski می‌گوید:

ما می‌توانستیم به خوبی نشان دهیم که پروتئین کریپتوکروم در سطحی افراطی دارای قدرت جمع آوری و واکنش به سطوح پایین نور را دارد.

نتیجه این تحقیق این است که ما حالا توانسته‌ایم بفهمیم چگونه کریپتوکروم‌های مهره‌داران می‌توانند به چگالی‌های پایین نور پاسخ دهند و در شرایط شب هنگام فعالیت کنند.

این تحقیقات در مجله PNAS منتشر شده‌است.

کریپتوکروم‌ها هم در گیاهان و هم در حیوانات یافت می‌شوند و مسئول ایجاد کردن ریتم‌های شبانه‌روزی در گونه‌های مختلف هستند.

در پرندگان محققان به صورت تخصصی بر روی درک بیشتر یک نوع پروتئین چشمی به نام CRY4 تمرکز کرده‌اند که قطعه‌ای از یک کلاس خاص از کریپتوکروم‌ها است.

آزمایشگاه Joseph Takashi که متخصص ریتم‌های شبانه‌روزی در مرکز پزشکی UT Southwestern است با دیگر دانشمندان همکاری کردند تا این پروتئین را تخلیص کرده و ساختار کریستالی آن را مشخص کنند.

که اولین ساختار اتمی فعال‌نوری مولکول کریپتوکروم در مهره‌داران است که به دست آمده‌است.

آزمایشگاه Brian Zoltowski که متخصص گیرنده‌های نوری برای نور آبی است و بر روی اثرگذاری واکنش‌های انجام گیرنده توسط نور مطالعه کرده‌است موفق شده‌است که مسیری شیمیایی را پیدا کند که مخصوص پروتئین CRY4 است و تحت شرایط وجود نور آبی کم فعالیت می‌کند.

Takashi می‌گوید:

همچنان در گیاهان و حشرات شاهد این هستیم کریپتوکروم‌ها عواملی فوتواکتیو شناخته می‌شوند که معنای آن این است که آنها در مقابل نور خورشید واکنش انجام می‌دهند.

درمیان مهره‌داران این پروتئین‌ها به خوبی شناخته نشده‌اند و اکثر کریپتوکروم‌ها فعال نوری شناخته نمی‌شوند.

این فعالیت نوری و احتمال اینکه این پروتئین CRY4 توسط میدان مغناطیسی تحت تاثیر بگیرد باعث شده‌است که این کریپتوکروم تبدیل به مولکولی بسیار هیجان‌انگیز به دانشمندان شود.

بررسی کریستالی پروتئین

محققان نمونه‌ای از CRY4 کبوتر گرفتند و کریستال‌های این پروتئین را رشد دادند. سپس آنها این کریستال‌ها را در معرض اشعه X قرار دادند تا بتوانند نقشه‌ای از نواحی قرار گرفتن اتم‌ها تهیه کنند. همچنین با اینکه کبوتر‌ها پرندگانی مهاجر نیستند ولی توالی پروتئین CRY4 بسیار مشابه این پرندگان است.

این پرندگان به ما اجازه می‌دهند که ساختار این مولکول را در مقیاس اتمی مشاهده کنند و چگونگی فعالیت و همچنین استفاده احتمالی آنها برای احساس میدان‌های مغناطیسی را درک کنند.

این ساختار‌های جدید همچنین اولین جزئیات در سطح اتمی عملکرد این پروتئین‌ها را توضیح می‌دهد و دری را برای مطالعه دقیق کریپتوکروم‌ها در اورگانیسم‌های مهاجر می‌گشاید.

در این مطالعات محققان تغییراتی غیرعادی را در نقاطی کلیدی از ساختارهای پروتئینی را کشف کردند که می‌توانستند قابلیت جمع‌آوری نور در محیط آنها را تقویت کنند.

Zoltowski می‌گوید:

کریپتوکروم‌ها با جذب فوتون نوری فعالیت می‌کنند که باعث می‌شود الکترونی در توالی از آمینواسیدها حرکت کند.

این آمینواسیدها به طور معمولی شامل ۳ تا ۴ پایگاه هستند که شبیه یک سیم فعالیت می‌کنند که الکترون‌ها می‌توانند در طول آنها حرکت کنند. اما در کبوترها ما ۵ عدد پایگاه شناسایی کردیم.

این جهش‌یافتگی در زنجیره الکترونی این پروتئین در کبوترها باعث شده است که کریپتوکروم را نسبت به محیط آن وابستگی کمتری داشته و نور بسیار زیادی را در دسترس داشته باشد تا با آن فعال باقی بماند.

پرندگان یک نوع مکانیسم را در خود ایجاد کرده‌اند تا بازده را افزایش دهند تا در هنگام کمبود نور باز هم قدرت دریافت سیگنال کافی برای مهاجرت را دریافت کنند.

منبع SMU
مقاله PNAS

ارسال یک پاسخ

آدرس ایمیل شما منتشر نخواهد شد.