Vet djur som har utvecklats i miljontals år under jorden, helt isolerade från dag-natt-cykeln, fortfarande vad klockan är? Fortsätter en normal dygnsklocka under evolutionen under konstant mörker? En ny studie tar sig an dessa grundläggande frågor direkt genom att undersöka en art av grottfisk, Phreatichthys andruzzii, som har levt isolerad i 2 miljoner år under den somaliska öknen.
Många fiskarter har utvecklats i frånvaro av solljus i grottsystem runt om i världen, och delar en gemensam uppsättning slående anpassningar inklusive ögonförlust. Den nya studien, publicerad den 6 september i online-tidskriften PLoS Biology, rapporterar att denna grottfisk har en ovanlig dygnsklocka; den tickar med en extremt lång period (upp till 47 timmar), och är helt blind.
Dygnsklockan är en mycket bevarad fysiologisk tidsmekanism som gör att organismer kan förutse och anpassa sig till dag-natt-cykeln. Eftersom det tickar med en period som inte är exakt 24 timmar, är det viktigt att det återställs dagligen av signaler som ljus för att säkerställa att det förblir synkroniserat med dag-natt-cykeln. De molekylära mekanismerna genom vilka ljus reglerar klockan är fortfarande dåligt förstådda. Fiskar har dykt upp som användbara modeller för att studera hur ljus reglerar klockan eftersom direkt ljusexponering återställer klockan i de flesta av deras vävnader. Detta skiljer sig från situationen hos däggdjur, där ljus reglerar klockan endast indirekt genom ögonen. Identiteten för fotoreceptorerna som måste uttryckas brett i fiskvävnader har dock förblivit ett mysterium.
"Grottfisk ger oss en unik möjlighet att förstå hur djupt solljus har påverkat vår evolution", förklarar Cristiano Bertolucci, medförfattare till studien. Författarnas utgångspunkt var att jämföra dygnsklockan för blinda, somaliska grottfiskar med den för en "normal" fisk - zebrafisken. De studerade rörelseaktiviteten och klockgenens uttryck i båda arterna när de exponerades för en ljus-mörk cykel. Medan de fick bevis för en robust dygnsrytm i zebrafisken som var synkroniserad med ljuscykeln, upptäcktes ingen rytmicitet hos grottfisken. Men i en jämförbar studie där båda fiskarna exponerades för en alternativ tidssignal, en regelbunden matningstid, visade både zebrafiskar och grottfiskar dygnsrytmik. Därmed drog de slutsatsen att grottfisken fortfarande har en klocka som kan regleras genom matningsbeteende, men som inte kan återställas av ljus. I en mer detaljerad studie kunde de visa att grottfisken behåller en klocka som tickar med en onorm alt lång period. Påfallande nog fann de också att bristen på dess återställning av ljus inte beror på ögonförlust hos denna fisk; istället gör mutationer i två brett uttryckta opsinfotoreceptorer att klockorna i de flesta vävnader inte kan svara på ljus.
"Detta arbete har stor betydelse för två stora intresseområden", förklarar Nicholas Foulkes, en annan medförfattare till studien. "För det första ger det en fascinerande ny insikt om hur evolution i konstant mörker påverkar djurens fysiologi. Medan de flesta detaljerade molekylära studier av grottfisk har fokuserat på mekanismerna bakom ögonförlust, är mycket lite känt om andra, bredare anpassningar till liv utan solljus. För det andra, ger detta arbete det första genetiska beviset för identiteten hos de brett uttryckta fotoreceptorerna i fiskar. Den här studien skapar förutsättningar för en mer fullständig förståelse av hur klockor reagerar på sin miljö."
