لارو ماهی کوچک بینشی در مورد چگونگی واکنش مغز در هنگام افزایش دما ارائه می دهد



کدام موجودات زنده می مانند و کدام جانداران با تغییر آب و هوا تسلیم می شوند؟ یک لارو ماهی کوچک بینش شگفت انگیزی از واکنش مغز در هنگام افزایش دما ارائه می دهد.

آنا آندریسن، کاندیدای دکترا در دانشگاه علم و صنعت نروژ (NTNU) گفت: “در واقع بسیار باورنکردنی بود. کل مغز روشن شد.”

موجودات زنده، چه ماهی و چه انسان، با افزایش دمای اطراف، عملکرد کمتری دارند. این چیزی است که احتمالاً بسیاری از انسان ها در یک روز تابستانی که کمی بیش از حد گرم است تجربه کرده اند. اما وقتی دمای بدن به طور ناخوشایندی گرم می شود دقیقاً چه اتفاقی می افتد؟

محققان دپارتمان زیست شناسی NTNU فناوری ژنتیک و روش های عصبی فیزیولوژیکی را برای یافتن پاسخ ترکیب کرده اند.

Andreassen می گوید: “ما می خواستیم مکانیسم هایی را بررسی کنیم که تحمل حرارتی موجودات را محدود می کند. کدام جانوران با افزایش دمای زمین به دلیل تغییرات آب و هوایی زنده می مانند و چرا؟ ما انتخاب کردیم که به مغز نگاه کنیم.”

تغییرات آب و هوا باعث ایجاد امواج گرما می شود

امواج گرمایی که در سراسر قاره‌ها را فرا می‌گیرد در حال رایج‌تر شدن است و حیواناتی که در آب زندگی می‌کنند دمایی را تجربه می‌کنند که تا سطح مرگ‌بار افزایش می‌یابد. درک اینکه چه چیزی بقا در دماهای بسیار بالا را محدود می کند، برای پیش بینی چگونگی مقابله موجودات با تغییرات آب و هوایی بسیار مهم است.

Andreassen می گوید: “تحمل حرارتی موضوعی است که برای دهه ها مورد تحقیق قرار گرفته است و این ایده که دما بر فعالیت مغز تأثیر می گذارد یک ایده قدیمی است. آنچه جدید است این است که ما اکنون می توانیم از فناوری ژنتیک و فیزیولوژی عصبی برای مطالعه این پدیده استفاده کنیم.”

در NTNU در تروندهایم، محققان از لاروهای گورخرماهی تازه بیرون آمده برای مطالعه فعالیت مغز آنها و در عین حال افزایش تدریجی دمای اطراف لارو ماهی استفاده کردند.

این ماهی‌ها از نظر ژنتیکی اصلاح شده‌اند تا نورون‌های مغز در هنگام فعال بودن نور فلورسنت از خود ساطع کنند. ما می‌توانیم این نور را در زیر میکروسکوپ در حالی که لاروها در اطراف شنا می‌کنند، ببینیم. این لارو ماهی‌ها همچنین این مزیت را دارند که شفاف هستند. آندریسن می‌گوید: ما مستقیماً به مغز لاروهای زنده نگاه می‌کنیم.

از دست دادن توانایی پاسخگویی

به این ترتیب، محققان می توانند فعالیت مغز را دنبال کنند و به تدریج دمای آبی را که ماهی ها در آن شنا می کنند افزایش دهند.

ما می‌توانیم ببینیم که لاروها با گرم‌تر شدن چگونه رفتار می‌کنند. وقتی به شدت گرم می‌شود، تعادل خود را از دست می‌دهند و شروع به شنا کردن در اطراف به صورت دایره‌ای، با شکم بالا می‌کنند.»

محققان لاروهای ماهی را برای بررسی پاسخ آنها به صدا درآوردند. آنها دم لاروها را تکان دادند که معمولاً باعث واکنش شنا می شود.

ماهی‌ها در دمای معینی واکنش نشان ندادند. آنها هنوز زنده بودند، اما از نظر زیست‌محیطی می‌توان آنها را مرده در نظر گرفت. در آن شرایط خارج از طبیعت، آنها نمی‌توانند از شکارچیان شنا کنند یا پیدا کنند. آندراسن می‌گوید که این وضعیت فقط در ماهی‌های کوچک تجربی موقتی است.

اندریاسن می گوید: «به محض اینکه دوباره آنها را در آب سردتر قرار دادیم، به همان اندازه در وضعیت خوبی قرار دارند.

گرما مغز را خاموش می کند

تاکنون، آزمایش‌ها همان‌طور که محققان انتظار داشتند پیش رفته بود. با تابش نور در مقابل چشمان ماهی، آنها همچنین می توانستند بررسی کنند که آیا مغز آثار بصری را درک می کند یا خیر. با افزایش دما، مغز به طور کامل به محرک ها پاسخ نمی دهد و کاملاً غیرفعال بود. اما بعد، وقتی دما را کمی بیشتر کردند، اتفاقی افتاد.

آندریسن می‌گوید: «تمام مغز روشن شد. نزدیک‌ترین چیزی که می‌توانم به توصیف آنچه دیدیم، نوعی تشنج بود.

به طور معمول، شما فقط فعالیت مغز را به شکل لکه های کوچک نوری در قسمت های مشخصی از مغز می بینید. اکنون محققان شگفت‌زده می‌توانند زیر میکروسکوپ مشاهده کنند که چگونه نور فلورسنت در عرض چند ثانیه پخش می‌شود و کل مغز لارو ماهی کوچک را می‌پوشاند.

“ما می دانیم که مغز گورخرماهی شباهت های زیادی با مغز انسان دارد – 70 درصد مواد ژنتیکی یکسان است – و محققان حدس زده اند که آیا می تواند ارتباطی بین آنچه در این لارو ماهی دیدیم و آنچه شما در آن می بینید وجود داشته باشد. آندریسن می گوید: مغز کودکانی که تب دارند.

در مرحله بعد، محققان می خواهند نوع خاصی از سلول های مغزی – سلول های گلیال – را زیر میکروسکوپ قرار دهند.

“چیزی که ما در اینجا برای بررسی هیجان‌زده هستیم، فعالیت سلول‌های گلیال در حین گرم شدن است. این سلول‌ها نقش اصلی را در تامین اکسیژن به مغز بازی می‌کنند – آنها هم سطح اکسیژن را بررسی می‌کنند و هم جریان خون و در نتیجه تامین اکسیژن را تنظیم می‌کنند. زیرا ما می توان دید که سطح اکسیژن بر تحمل حرارتی تأثیر می گذارد، یک فرضیه این است که مغز از کار می ایستد زیرا سلول های گلیال دیگر قادر به تنظیم سطح اکسیژن نیستند.

تفاوت ها باعث پیشرفت تکامل می شوند

محققان در تروندهایم برای بررسی دقیق‌تر آنچه اتفاق افتاد، شروع به دستکاری مقدار اکسیژن در آبی که ماهی‌ها در آن شنا می‌کردند، کردند و در عین حال دما را افزایش دادند.

“با کمال تعجب متوجه شدیم که سطح اکسیژن در کنترل تحمل حرارتی نقش دارد. وقتی اکسیژن اضافی اضافه کردیم، لارو ماهی در دماهای بالا عملکرد بهتری داشت، فعالیت مغزی بالاتری داشت و همچنین از قرار گرفتن در معرض محدودیت های حرارتی بالاتر سریعتر بهبود یافت. در مقایسه با ماهی هایی با اکسیژن کم.

مطالعات روی گونه های دیگر نتایج متضادی را هنگام آزمایش اثر غلظت اکسیژن بر تحمل حرارتی به همراه داشته است.

«بی‌حساس بودن» نسبت به نوسانات سطح اکسیژن می‌تواند یک مزیت تکاملی با افزایش دمای زمین باشد.

یافته‌ها نشان می‌دهد که تحمل حرارتی چیزی است که بین گونه‌ها متفاوت است. این می‌تواند مشخصه‌ای باشد که تعیین می‌کند آیا گونه‌ای قادر به سازگاری با تغییرات آب و هوایی است یا تسلیم افزایش دما می‌شود. بسیاری از ارگانیسم‌ها در محیط‌های فقیر از اکسیژن زندگی می‌کنند. آنها می توانند به سرعت بالاتر از حد طبیعی شوند. آنها به ویژه آسیب پذیر خواهند بود.”

او ارگانیسم هایی را به عنوان مثال می آورد که در مناطق کم عمق آب شیرین، در رودخانه ها یا در منطقه جزر و مدی زندگی می کنند.

“اینها زیستگاه هایی هستند که می تواند نوسانات زیادی در سطح اکسیژن در آنها رخ دهد، اغلب همزمان با نوسانات دما. در این زیستگاه ها، ماهی هایی که تحمل حرارتی آنها توسط سطح اکسیژن محدود شده است، احتمالاً بیشتر از ماهیانی که تحت تأثیر آن قرار نمی گیرند، با مشکل مواجه می شوند. “

Andreassen می گوید: “حیواناتی که قادر به حفظ عملکرد عصبی در سطوح پایین اکسیژن هستند، ممکن است آنهایی باشند که دمای بالا را به بهترین وجه تحمل می کنند.”



منبع