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傍晚时分，在红海最北端的亚喀巴湾，汤姆·施莱辛格准备潜水。白天，海底充满了生命和色彩;在晚上，它看起来更陌生。施莱辛格正在等待一种每年发生一次的现象，这种现象通常发生在满月后的几个晚上。
在手电筒的引导下，他发现了珊瑚正在释放一束颜色鲜艳的卵子和精子，紧紧地挤在一起。施莱辛格说:“你看着它，它开始流向表面。“然后你抬起头，转过身来，你意识到:所有来自同一物种的殖民地现在都在这么做。”
有些珊瑚会释放出粉红色和紫色的珊瑚束，其他珊瑚则会释放出黄色、绿色、白色或其他各种色调的珊瑚束。特拉维夫大学和以色列埃拉特大学海洋科学研究所的海洋生态学家施莱辛格说:“这是一种非常美妙的美感。”他在多年的潜水中目睹了这种表演。珊瑚通常在晚上和晚上产卵，产卵时间很短，只有10分钟到半小时。施莱辛格说:“时间是如此精确，你可以在它发生的时候设置你的时钟。”
几个世纪以来，人们一直在观察海洋生物中由月亮控制的节律。例如，有一种经过计算的猜测，在1492年，克里斯托弗·哥伦布(Christopher Columbus)遇到了一种发光的海洋蠕虫，它们正在进行一种月球定时的求偶舞蹈，就像“一支小蜡烛的火焰交替上升和下降”。人们认为，不同的动物，如贻贝、珊瑚、多毛类蠕虫和某些鱼类，它们的繁殖行为会通过月亮来同步。关键的原因是，这些动物——例如，大堡礁的一百多种珊瑚——在受精发生之前就释放了它们的卵子，同步使卵子和精子相遇的概率最大化。
它是如何工作的?这一直是一个谜，但研究人员正在接近理解。他们至少在15年前就知道，珊瑚像许多其他物种一样，含有一种名为隐色素的光敏蛋白质，最近报告说，在石珊瑚中，日落和月出之间的一段黑暗时期似乎是触发几天后产卵的关键。
现在，在海洋刷毛虫的帮助下，研究人员已经开始梳理出无数海洋物种可能关注月球周期的分子机制。
来源:Tom shlesinger
鬃毛虫最初来自那不勒斯湾，但自20世纪50年代以来一直在实验室中饲养。维也纳大学的时间生物学家Kristin Tessmar-Raible说，它特别适合这类研究。在它的繁殖季节，它会在满月后的几天内产卵:成虫会在黑暗的时刻集体浮到水面上，跳起婚礼舞蹈，释放配子。繁殖后，蠕虫爆裂而死。
Tessmar-Raible说，这种生物需要的工具来实现如此精确的计时——精确到一个月中的几天，然后精确到一天中的几个小时——类似于我们安排一次会议所需的工具。“我们集成了不同类型的计时系统:手表，日历，”她说。在蠕虫的情况下，必要的计时系统是一个每日-或昼夜节律-时钟和另一个圆形时钟，每月计算。
为了探索这种蠕虫的时间，Tessmar-Raible的小组开始对蠕虫中携带制造隐色素指令的基因进行实验。该小组特别关注鬃毛蠕虫体内一种名为L-Cry的隐色素。为了弄清楚它与同步产卵的关系，他们使用基因技巧使该基因失活，并观察蠕虫的月球时钟发生了什么。他们还进行了分析L-Cry蛋白的实验。
尽管这个故事还远未完成，但科学家们有证据表明，这种蛋白质在一些非常重要的事情上起着关键作用:区分阳光和月光。Tessmar-Raible和合著者在2023年海洋生物节律概述中写道，L-Cry实际上是“自然光解释器”。
图片来源:mael gross
这个角色至关重要，因为为了在同一个晚上同步产卵，这些生物需要能够在大约29.5天的周期中与月亮的模式保持同步——从满月，月光明亮，持续一整晚，到月亮盈亏时较暗，持续时间较短的照明。
科学家们发现，当没有L-Cry时，蠕虫没有适当地区分。在实验室里，动物们紧紧地与人造月球的明暗周期同步——其中“阳光”比真正的太阳暗，“月光”比真正的月亮亮。换句话说，没有L-Cry的蠕虫会抓住不现实的光周期。相比之下，当夜间光线与鬃毛虫的自然环境更接近时，仍能制造L-Cry蛋白的正常蠕虫的识别能力更强，也能更好地正确地同步它们的月球时钟。
研究人员还积累了其他证据，证明L-Cry在月球计时方面发挥了重要作用，有助于区分阳光和月光。他们纯化了L-Cry蛋白，发现它由两条结合在一起的蛋白质链组成，每一半都含有一种被称为黄素的吸光结构。每种黄素对光的敏感性是非常不同的。正因为如此，L-Cry可以对类似阳光的强光和相当于月光的暗淡光线(超过5个数量级的强度)做出反应，但结果截然不同。
例如，在昏暗的“月光”照射4小时后，蛋白质中发生了光诱导的化学反应——光还原反应，在连续“月光”照射6小时后达到最大值。科学家们指出，6个小时很重要，因为这种蠕虫只会在月圆的时候遇到6个小时的月光。因此，这将使这种生物与每月的月球周期同步，并选择正确的夜晚产卵。美因茨国际商学院和美因茨约翰内斯古登堡大学的结构生物学家伊娃·沃尔夫(Eva Wolf)说:“我发现，我们可以描述一种可以测量月相的蛋白质，这非常令人兴奋。”她与Tessmar-Raible合作完成了这项工作。
蠕虫怎么知道它感觉到的是月光，而不是阳光呢?科学家们发现，在月光下，两种黄素中只有一种被光还原。相比之下，在强光下，两种黄素分子都被光还原，而且速度非常快。此外，这两种类型的L-Cry最终出现在蠕虫细胞的不同部位:细胞质中完全光还原的蛋白质，在那里它很快被破坏，以及细胞核中部分光还原的L-Cry蛋白质。
总而言之，作者在2022年发表的一份报告中总结道，这种情况类似于“一个高度敏感的‘低光传感器’用于月光探测，而一个敏感度低得多的‘高光传感器’用于阳光探测”。
当然，还有许多谜题。例如，尽管L-Cry分子的两种不同命运可能在蠕虫体内传递不同的生物信号，但研究人员还不知道它们是什么。科学家们说，尽管L-Cry蛋白是区分阳光和月光的关键，但其他感光分子也必须参与其中。
资料来源:m. zurl 2022
在另一项研究中，研究人员在实验室中使用摄像机记录了蠕虫开始产卵时游泳活动的爆发(蠕虫的“婚礼舞蹈”)，并对其进行了基因实验。他们证实，另一种分子是蠕虫在指定的产卵夜晚在正确的一到两个小时的窗口内产卵的关键，即日落和月出之间的黑暗部分。
科学家们发现，这种叫做r-视蛋白的分子对光极其敏感，比一般人眼中的黑视蛋白敏感100倍。研究人员提出，它通过充当月出传感器来改变蠕虫的日常时钟(月亮每天晚上都会陆续升起)。其原理是，将r-视蛋白传感器发出的信号与L-Cry发出的关于光线类型的信息结合起来，让蠕虫在产卵之夜选择正确的时间浮到水面，释放配子。
生物学家们在梳理这么多海洋生物同步活动所需的计时器时，问题冒了出来。这些计时员究竟住在哪里?在生物钟已经被充分研究过的物种中，比如人和老鼠，生物钟的中枢被安置在大脑中。在海洋毛虫中，时钟存在于它的前脑和躯干的周围组织中。但其他生物，如珊瑚和海葵，甚至没有大脑。“是否存在一群神经元充当中央时钟，还是它更分散?”我们真的不知道，”伍兹霍尔海洋研究所的海洋生物学家安·塔兰特说，她正在研究海葵的时间生物学。
科学家们也有兴趣了解可能与海洋生物生活在一起的微生物所扮演的角色。例如，珊瑚通常有藻类共生在它们的细胞内。“我们知道这样的藻类也有昼夜节律，”塔兰特说。“所以当你把珊瑚和藻类放在一起时，要知道它是如何工作的是很复杂的。”
研究人员也担心壮观的同步事件的命运，比如珊瑚在光污染的世界里产卵。如果珊瑚的生物钟机制与毛虫的相似，那么生物如何能够正确地探测到自然的满月呢?2021年，研究人员报告了实验室研究，证明光污染可以使印度-太平洋中发现的两种珊瑚的产卵不同步。
施莱辛格和他的同事约西·洛亚(Yossi Loya)在红海的几种珊瑚物种的自然种群中看到了这一点。科学家们在2019年的报告中，将四年的产卵观察结果与30年前同一地点的数据进行了比较。他们研究的五种珊瑚中有三种表现出不同步产卵，导致珊瑚礁上新的小珊瑚数量减少或没有。
除了人造光，施莱辛格认为可能还有其他的罪魁祸首，比如干扰内分泌的化学污染物。他正在努力了解这一点，并了解为什么一些物种没有受到影响。
根据他迄今为止的水下观察，施莱辛格认为，他观察到的50多种物种中，大约有10种可能在红海中不同步生长，红海北部被认为是珊瑚的气候变化避难所，没有经历过大规模的白化事件。“我怀疑，”他说，“在世界其他地方，在更多物种中，我们会听到更多类似的问题。”
