Dieren beschikken over circadiane klokken, of 24-uurs oscillatoren, om het dagelijkse gedrag te reguleren. Deze nemen meestal hun signalen van de periodieke verandering van zonlicht en duisternis. Veel dieren worden echter ook blootgesteld aan maanlicht, dat zich herhaalt met een periodiciteit van ongeveer 25 uur.

De laboratoria van Florian Raible in de Max Perutz Labs, een joint venture van de Universiteit van Wenen en de Medische Universiteit van Wenen, en Kristin Tessmar-Raible (Max Perutz Labs, Alfred Wegener Instituut, Universiteit van Oldenburg) hebben nu ontdekt dat maanlicht zich aanpast de dagelijkse klok van mariene borstelwormen, die hen helpt hun voortplantingscyclus af te stemmen op bepaalde uren tijdens de nacht. De studie, gepubliceerd in de Proceedings of the National Academy of Sciences , geeft een verklaring voor het fenomeen dat dagelijkse klokken van vliegen tot mensen plastic looptijden kunnen vertonen.

Om de volgende generatie voort te brengen, laat de mariene borstelworm Platynereis dumerilii zijn eieren en sperma vrij in het open zeewater. De juiste timing van hun voortplantingscycli is daarom essentieel voor het voortbestaan ​​van de soort. Het was al bekend dat borstelwormen hun voortplanting plannen op enkele dagen van de maand. Nu ontdekten de onderzoekers dat ze ook elke nacht synchroniseren met zeer specifieke uren. "We laten zien dat maanlicht bepaalt wanneer precies 's nachts de wormen hun voortplantingsgedrag beginnen, wat altijd tijdens het donkerste deel van de nacht is", legt eerste auteur Martin Zurl uit. In plaats van te fungeren als de directe stimulus voor zwermen, verandert maanlicht de lengte van de circadiane klokperiode. In de natuur verandert de tijd van maanlicht elke dag met ongeveer 50 minuten. Door de plasticiteit van de klok kunnen de wormen rekening houden met deze veranderingen.

De wetenschappers werkten samen met de laboratoria van Robert Lucas aan de Universiteit van Manchester (VK) en Eva Wolf aan het Instituut voor Moleculaire Biologie Mainz en de Universiteit van Mainz (Duitsland) om de lichtreceptoren die bij dit proces betrokken zijn, te karakteriseren. Ze identificeerden dat de combinatorische functies van een opsin - nauw verwant aan de circadiane fotoreceptor melanopsine van zoogdieren - en een cryptochroom differentieel zon- en maanlicht decoderen om de plastic dagelijkse klok aan te passen. In een samenwerking met het lab van Charlotte Helfrich-Förster aan de Universiteit van Würzburg (Duitsland) toonden de onderzoekers aan dat de specifieke decodering van maanlicht ook relevant is voor de dagelijkse klokken van andere soorten.

De impact van lichtintensiteit op de periodeduur van de circadiane klok is al tientallen jaren gedocumenteerd voor verschillende organismen onder kunstmatige laboratoriumomstandigheden. De fysiologische relevantie van deze waarnemingen is echter onduidelijk. "Ons werk laat zien dat er een ecologische betekenis zit achter de waarneming dat de circadiane klok van een individu met verschillende snelheden kan lopen", legt Kristin Tessmar-Raible uit. Merk op dat mensen ook zo'n circadiane plasticiteit vertonen. Patiënten met een bipolaire stoornis vertonen bijvoorbeeld raadselachtige circalunidische (d.w.z. 24,8 uur) perioden die verband houden met hun stemmingswisselingen. De wetenschappers hopen dat hun werk zal helpen om de oorsprong en gevolgen van biologische timerplasticiteit te begrijpen, evenals de wisselwerking met natuurlijke timing-aanwijzingen.