Odkryto gen, który skłania zwierzęta do snu zimowego

Czy ssaki zapadają w hibernację wyłącznie dlatego, że robi się zimno i brakuje pożywienia? Coraz więcej badań pokazuje, że u wielu gatunków zimowy „tryb oszczędzania energii” jest uruchamiany wcześniej przez wewnętrzny, biologiczny kalendarz. Najnowsza praca zespołu z Uniwersytetu w Glasgow sugeruje, że ten kalendarz może być zaskakująco prosty: kluczową rolę w nastawianiu sezonowego zegara odgrywa pojedynczy gen Dio3. Kiedy dni zaczynają się skracać, Dio3 włącza się w mózgu i ustala mniej więcej sześciomiesięczny cykl, po którym zwierzę samo przechodzi w stan zimowy, a potem równie samoczynnie wraca do stanu letniego.

Badacze pracowali na chomiku dżungarskim (syberyjskim), który od dekad jest modelem do badań sezonowości. Ten mały gryzoń nie potrzebuje mrozu, by „uznać”, że nadchodzi zima. Wystarczy mu krótki dzień. Gdy w laboratorium skraca się oświetlenie, chomiki zaczynają tracić masę, ich futro jaśnieje, aktywność spada, a układ rozrodczy zostaje czasowo wyciszony. Pojawiają się też epizody torporu, czyli kontrolowanego obniżenia temperatury ciała i metabolizmu. Co najważniejsze, te zmiany zachodzą nawet przy stałej temperaturze otoczenia, więc sygnałem startowym jest światło, a nie chłód.

Dio3 koduje enzym nazywany dejodynazą typu 3. Jego zadaniem jest unieczynianie hormonu tarczycy T3 w określonych obszarach mózgu. T3 to dla organizmu coś w rodzaju pedału gazu: podkręca tempo przemiany materii, sprzyja aktywności i wspiera funkcje rozrodcze. Kiedy Dio3 rośnie, aktywnego T3 lokalnie ubywa, a mózg przestawia ciało na program oszczędzania energii. Już wcześniej wiadomo było, że długość dnia wpływa na równowagę między genami Dio2 i Dio3, które przeciwstawnie regulują T3. Nowość w obecnym badaniu polega na tym, że Dio3 nie jest tylko „odpowiedzią na krótszy dzień”, lecz działa jak przełącznik uruchamiający długi, z góry odmierzony cykl sezonowy.

Zespół śledził aktywność genów w podwzgórzu bardzo często, korzystając z sekwencjonowania RNA i dokładnego monitorowania zwierząt. Okazało się, że gdy noc się wydłuża, Dio3 gwałtownie się aktywuje, a potem utrzymuje podwyższoną aktywność przez około pół roku. W tym czasie chomiki krok po kroku wchodzą w zimowy stan. Kiedy aktywność Dio3 wygasa, zwierzęta spontanicznie wracają do „lata”: odzyskują masę, przyciemniają futro, rośnie ich aktywność i wraca płodność. Ten powrót następuje nawet wtedy, gdy wciąż żyją w krótkim dniu, co dowodzi, że zegar wewnętrzny działa niezależnie od bieżących warunków. Co więcej, gdy naukowcy osłabili działanie Dio3, zimowy cykl skracał się, a wyjście z zimowego fenotypu następowało szybciej. To mocny argument, że Dio3 faktycznie ustala długość „sezonowego odliczania”.

Badanie wyjaśnia też pozorny paradoks widoczny w obserwacjach terenowych: aby zwierzę mogło zapaść w hibernację zimą, musi być aktywne jesienią. Organizm musi najpierw zarejestrować skracanie dnia i uruchomić licznik, zanim wejdzie w głęboki torpor. Jeśli sygnału jesieni zabraknie, nagłe pojawienie się zimna nie uruchomi pełnego programu hibernacji, tylko co najwyżej krótkie, nieskoordynowane epizody oszczędzania energii.

Dio3 jest genem bardzo starym ewolucyjnie i występuje u wszystkich ssaków, a także u wielu innych kręgowców. To sugeruje, że podobny mechanizm może sterować całym wachlarzem sezonowych zachowań: od hibernacji, przez okresowe migracje i zmiany umaszczenia, po sezonowe wyciszanie rozrodu. U ludzi nie dochodzi do hibernacji, ale zachowaliśmy dużą część tej samej osi hormonalnej, więc lepsze poznanie Dio3 może pomóc zrozumieć, jak mózg mierzy czas w skali roku i dlaczego niektóre procesy fizjologiczne i nastroje mają u nas wyraźny rytm sezonowy. Jedno jest pewne: pod prostą strategią „przetrwania zimy” kryje się precyzyjny program molekularny, który potrafi wyprzedzić nadejście zimy o wiele tygodni.

Źródło:
https://www.gla.ac.uk/news/headline_1226141_en.html (gla.ac.uk)
https://phys.org/news/2025-11-scientists-gene-responsible-winter-behavior.html (Phys.org)
https://elifesciences.org/reviewed-preprints/106383 (eLife)
https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2025.04.22.650143v3.full-text (biorxiv.org)
https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC3944362/ (PMC)