Hoe dieren natuurlijke lichtbronnen kunnen interpreteren om hun fysiologie en gedrag aan te passen, is slecht begrepen. De laboratoria van Kristin Tessmar-Raible (Max Perutz Labs Vienna, Alfred Wegener Institut, University of Oldenburg) en Eva Wolf (Johannes Gutenberg University en Institute of Molecular Biology Mainz) hebben nu onthuld dat een molecuul genaamd L-cryptochroom (L-Cry) heeft de biochemische eigenschappen om onderscheid te maken tussen verschillende maanfasen, evenals tussen zon- en maanlicht. Hun bevindingen, gepubliceerd in Nature Communications , laten zien dat L-Cry maanlicht kan interpreteren om de maandelijkse (circalunaire) klok van een mariene worm mee te nemen om seksuele rijping en voortplanting te regelen.

Veel mariene organismen, waaronder bruine algen, vissen, koralen, schildpadden en borstelwormen, synchroniseren hun gedrag en voortplanting met de maancyclus. Voor sommige soorten, zoals de borstelworm Platynereiis dumerilii, hebben laboratoriumexperimenten aangetoond dat maanlicht zijn timingfunctie uitoefent door een innerlijke maandkalender mee te nemen, ook wel circalunaire klok genoemd. Onder deze laboratoriumomstandigheden is het nabootsen van de duur van de volle maan voldoende om deze circalunaire klokken mee te slepen. In natuurlijke habitats kunnen de lichtomstandigheden echter aanzienlijk variëren. Zelfs het regelmatige samenspel van zon en maan zorgt voor zeer complexe patronen. Organismen die het maanlicht gebruiken voor hun timing, moeten dus onderscheid maken tussen specifieke maanfasen en tussen zon en maanlicht. Dit vermogen wordt niet goed begrepen.

"We hebben nu onthuld dat één lichtgevoelig molecuul, L-Cry genaamd, in staat is onderscheid te maken tussen verschillende lichtvalenties", zegt mede-eerste auteur van het onderzoek, Birgit Poehn. Deze Cryptochrome dient daarbij als een lichtsensor die de lichtintensiteit en -duur kan meten en zo de dieren helpt om het "juiste" licht te kiezen om hun maandelijkse timingsysteem adequaat aan te passen.

In samenwerking met het laboratorium van Eva Wolf karakteriseerde het team L-Cry van biochemie tot functionele genetica. "We ontdekten dat het vermogen van L-Cry om licht te interpreteren correleert met verschillende moleculaire toestanden van L-Cry", legt Birgit Poehn uit. In het bijzonder bevat het cryptochroom cofactoren, niet-eiwitcomponenten die essentieel zijn voor zijn functie. Deze co-factoren, flavine-adenine-dinucleotiden (FAD) genoemd, ondergaan biochemische veranderingen onder invloed van licht, waarbij aan het donker aangepaste geoxideerde FAD overgaat in een fotogereduceerde FAD-toestand.

Co-auteur Shruthi Krishnan stelde vast dat L-Cry-eiwitten die worden blootgesteld aan natuurlijk maanlicht de lage fotonaantallen van het maanlicht gedurende uren accumuleren, maar dat hooguit slechts de helft van de FAD's wordt gereduceerd. Het meer dan 10.000 keer hogere fotongetal van het naturalistische zonlicht dat in de experimenten wordt gebruikt, zorgt daarentegen binnen enkele minuten voor een snelle fotoreductie van alle FAD-moleculen. De auteurs suggereren dat L-Cry bijgevolg verschillende structurele en biochemische eigenschappen verwerft, afhankelijk van de combinatorische status van de FAD's in zijn dimeer. Daarbij dient hij niet alleen als een efficiënte, maar ook als onderscheidende lichtsensor voor een extreem breed scala aan natuurlijke lichtintensiteiten.

De wetenschappers konden ook aantonen dat L-Cry veranderingen ondergaat in zijn subcellulaire lokalisatie, afhankelijk van de blootstelling aan zonlicht of maanlicht. Hoe deze differentiële lokalisatie zich vertaalt in verschillende signaalroutes die het gedrag en de fysiologie beheersen, en hoe het door licht geïnduceerde transport van L-Cry tussen kern en cytoplasma wordt bereikt, zijn belangrijke vragen die het onderwerp zullen zijn van verder onderzoek.

Het mechanisme is echter ook relevant voor andere biologische klokken en lichtgestuurde processen:"We denken dat wat we hebben ontdekt verder gaat dan het maandelijkse timingsysteem", zegt Eva Wolf. Kristin Tessmar-Raible voegt toe:"Het zou een meer algemeen proces kunnen zijn dat organismen helpt om lichtbronnen te herkennen, wat van cruciaal ecologisch belang is voor elk organisme dat zijn fysiologie en gedrag aanpast door licht. Bovendien is maanlicht niet alleen een vage versie van zonlicht, heeft het zeer verschillende temporeel-ecologische implicaties voor organismen."

Bijgevolg vormen verstoringen door nachtelijke lichtvervuiling een ernstige bedreiging voor natuurlijke ecosystemen en ook voor de menselijke gezondheid. Een beter begrip van hoe maanlicht wordt waargenomen en verwerkt, kan ook helpen de negatieve effecten van kunstlicht te beoordelen en te verminderen. + Verder verkennen

Hoe maanlicht de voortplanting van dieren verfijnt