Fotoperiodoaren neurketak, hau da, egun jakin bateko argi orduen kopuruak, aukera ematen du urtaroekin batera ingurumen baldintza aldakorrak aurreikusteko eta, horrela, prozesu fisiologikoak erregulatzeko, hala nola migrazioa, loraketa, hibernazioa edo urtaroko ugalketa. Hori oso komenigarria da urte osoan urtaroen desfilea ikusten duten animalia eta landareentzat; baina, zer gertatzen da zatitu baino ordu batzuk lehenago besterik bizi ez diren bakterioekin? Negua datorrela jakitea interesatzen zaie?
Erantzuna da batzuei bai interesatzen zaiela, eta aurkikuntza berri horren inguruabarrak zirraragarriak dira. Lehenik eta behin erloju zirkadianoa zer den gogorarazi behar dugu.
Erritmo zirkadianoak 24 ordu inguruko zikloa jarraitzen duten aldaketa fisiologikoak dira. Adibidez, gure esna aldia/loaldia. Jetlag deritzona erritmo zirkadiano horrek argi/iluntasun zikloarekiko sinkronia galtzen duenean gertatzen da, bidaia baten ondorioz. Egun batzuen ostean, bi zikloak berriro sinkronizatzen dira. Erloju zirkadianoak aldaketa hori eta beste asko kontrolatzen ditu. Hirurogeita hamarreko hamarkadan deskubritu zen, eta molekula mailan ondo karakterizatuta dago.
Harrigarria da, baina zatitu baino ordu batzuk lehenago besterik bizi ez diren zenbait prokariotoek, esaterako, Synechococcus (1. irudia) zianobakterio fotosintetikoak, erloju zirkadiano bat dute. Haren mekanismoak Carl H.Johnsonen taldeak deskubritu zituen Vanderbilt Unibertsitatean. Hiru genek bakarrik (KaiA, B eta C), modu konplexuan elkarreraginez (2. irudian azaltzen da), ahalbidetzen dute Synechococcusen prozesu fisiologikoak 24 ordu inguruko ziklo batera egokitzea, nahiz eta aldi horretan lau zatiketa ziklo izan.
Synechococcusen gene askok erritmo zirkadianoa dute. Egunean zehar (tenperatura altua, argi ultramorea, fotosintesi aktiboa) beroari, oxidazio estresari eta DNAren kalteei erantzuteko mekanismoak aktibatzen dira. Gaua erortzen denean fotosintesia eteten da eta karbohidratoen metabolismoa handitzen da energia hornitzeko. Beste organismo batzuek ez bezala, erlojuaren sinkronizazioa ez da gertatzen argia pigmentu fotorrezeptoreen bidez hartuta, baizik eta eguneko fotosintesian ezartzen den oxidazio-erredukzio egoeraren arabera.
Johnsonen ikasle batek, Maria Luisa Jabburrek, Synechococcusen erloju zirkadianoa urtaro aldaketak aurreratzeko eta hotzerako prestatzeko ere erabil zitekeela iradoki zion nagusiari. Ideia hori eszeptizismo handiz jaso zen. Bakterio bat bere bizi zikloa baino lau aldiz luzeagoa den eguneroko erritmo batera egokitzen zela imajinatzea zaila bazen, hilabete baterako aurreikuspenak egin zitzakeela pentsatzea sinesgaitza zen. Hala ere, Luisari ikertzeko baimena jaso zuen. Arrakasta izan zuen eta emaitzak Science aldizkarian argitaratu berri dira.
Mª Luisa Jabburren esperimentuetan bakterioak hiru fotoperiodoen eraginpean jarri ziren, egun laburra (8 argi ordu, 16 ilun), ekinokzioko eguna (12 argi ordu eta ilun) eta egun luzea (16 argi ordu eta 8 ilun) (3. irudia). Egun batzuen ostean, bakterioak bi orduz ingurune izoztu batean jarri ziren. Harrigarria bada ere, egun laburretan izandakoen biziraupen tasa gainerakoena baino 2-3 aldiz handiagoa izan zen. Taldeak egiaztatu zuen argia/iluntasuna alternantziaren gutxienez lau ziklo behar zirela emaitza horiek lortzeko, eta biziraupen optimoa 6-8 zikloren ondoren lortzen zen.
Beste esperimentu garrantzitsu bat KaiA, B eta C geneetarako bakterio mutanteak erabiltzea izan zen. Horrela, egiaztatu zen bakterioak erritmo zirkadianoa ezartzeko gai ez zirenean, ez zirela tenperatura baxuetara egokitzen, fotoperiodo laburrak izan arren.
Tenperatura baxuetara egokitzeko mekanismoa zelula mintzen jariakortasuna handitzean datza. Jariakortasun hori osatzen duten lipidoen asetasun mailaren araberakoa da. Ondo dakigunez, oliba olioa jariakorra da giro tenperaturan, gurina ez da hain jariakorra, eta hori olioaren koipe asegabeen ondorioz gertatzen da. Synechococcusen fotoperiodo laburrak programa genetiko bat aktibatzea eragiten du, lipido asegabeen sintesia eta zelula mintzetan sartzea barne hartzen dituena. Synechococcusen transkriptomaren azterlan baten erakutsi zuen 708 genek (guztizkoaren laurdenak) beren adierazpen mailak aldatzen dituztela fotoperiodoa murriztean. Hala ere, KaiABC mutanteetan, erritmo zirkadianoa ezartzeko gai ez direnetan, soilik 384 genek aldatzen dituzte beren adierazpen mailak egunak laburtzen direnean. Horrek erakusten du gene kopuru handi batek erritmo zirkadianoaren murrizketari erantzuten diola espezifikoki, fotosintesiaren bidez sinkronizatuta, lehen esan dugun bezala.
Ikerketak erakutsi zuen, halaber, tenperatura baxuetan (20 °C) kultibatzeak aldaketa moldagarriak eragiten dituela mintzen jariakortasunean, baina aldaketa horiek askoz ere nabarmenagoak dira fotoperiodoa laburtzen bada. Hau da, fotoperiodoaren neurketak benetan aurreratzen du hurbiltzen den urtaro hotza, eta bakterioak prestatzen ditu hari aurre egiteko. Etorkizunean argitu beharreko kontu bat da Synechococcusek nola transmititzen dien ondorengoei negua hurbiltzen ari den aurreikuspena.
Erreferentzia bibliografikoa:
Jabbur, Maria Luisa; Bratton, Benjamin P.; Johnson, Carl Hirschie (2024). Bacteria can anticipate the seasons: Photoperiodism in cyanobacteria. Science, 385, 1105-1111. DOI: 10.1126/science.ado8588
Egileaz:
Ramón Muñoz-Chápuli Oriol Animalien Biologiako Katedraduna (erretiratua) da Malagako Unibertsitatean.
Jatorrizko artikulua Cuaderno de Cultura Científica blogean argitaratu zen 2024ko urriaren 7an: Bacterias que preparan el invierno midiendo el fotoperiodo.
Itzulpena: UPV/EHUko Euskara Zerbitzua.