Çevresel Kirleticiler Sirkadiyen Ritimlerimizi Bozabilir mi?Milwaukee'de tuzlu sokaklar. Michael Pereckas, CC BY-SA 

Her kış, ABD’deki yerel yönetimler geçerlidir milyonlarca ton yol tuzu kar ve buz fırtınası sırasında sokakları gezilebilir tutmak. Kar erimekten kaynaklanan akarsu karayolu tuzunu akarsu ve göllere taşır ve birçok su kütlesinin olağanüstü şekilde olmasına neden olur. yüksek tuzluluk.

Rensselaer Politeknik Enstitüsü'nde meslektaşım Rick Relyea ve laboratuvarı, tuzluluktaki artışların ekosistemleri nasıl etkilediğini ölçmek için çalışıyor. Beklendiği gibi, yüksek tuzluluğa sahip olduğunu birçok tür üzerindeki olumsuz etkiler. Ayrıca bazı türlerin tuzluluktaki bu artışlarla başa çıkma kabiliyetine sahip olduğunu da keşfettiler.

Ancak bu yetenek bir bedeli var. Son zamanlarda yapılan bir çalışmada Rick ve ben ortak bir zooplankton türünün nasıl olduğunu analiz ettik. Daphnia pulex'in, artan yol tuz seviyelerine adapte olur. Bu maruz kalmanın önemli bir biyolojik ritmi etkilediğini bulduk: Dolaşan sirkadiyen saat Daphniabeslenme ve yırtıcı kaçınma davranışları. Birçok balık av olduğundan beri DaphniaBu etki tüm ekosistem boyunca dalgalanmalara neden olabilir. Çalışmalarımız ayrıca, tuzun veya diğer çevre kirleticilerinin insan sirkadiyen saati üzerinde benzer etkilere yol açıp açamayacağına ilişkin sorular ortaya koyuyor.

Günlük biyolojik ritimler ve sirkadiyen saat

Yol tuzunun sucul ekosistemleri nasıl etkilediğini inceleyen Relyea laboratuarı bunu gösterdi Daphnia pulex'in yapabilmek ılımlı maruz kalmalar işlemek için adapte iki buçuk ay kadar kısa bir sürede. Bu seviyeler, litre su başına 15 miligram klorür (bir yapı taşı tuz) ile litre başına yüksek miktarda 1,000 miligram arasında değişmiştir - bu da Kuzey Amerika'da oldukça kirli göllerde bulunur.


kendi kendine abone olma grafiği


Bununla birlikte, bir organizmanın kendi ortamındaki bir şeye adapte olma kabiliyetine olumsuz dengelemeler de eşlik edebilir. Laboratuvarımın Rick'lerle olan işbirliği, tuza adapte olmuş bu değişimleri belirlemek için başladı. Daphnia.

In laboratuvarımsirkadiyen ritimlerimizin nasıl çalıştığını inceliyoruz zamanı takip etmemize izin ver. Hücrelerimizdeki moleküllerin bir saat gibi işaretlemek için birlikte nasıl çalıştıklarını araştırıyoruz. Bu sirkadiyen ritimler, bir organizmanın ortamındaki 24 saatlik salınımları tahmin etmesine izin verir, örneğin ışıktan (gündüz) karanlıktan (gece) ve Bir organizmanın formda olması için gerekli.

Rick ve ben yüksek tuzluluk derecesine adaptasyonun bozulabileceğini varsaydık Daphnia en diğer çevresel kirleticilerin bozabileceğini gösteren son kanıtlara dayanan sirkadiyen ritimler sirkadiyen davranış. Bir önemli davranış Daphnia o sirkadiyen saat tarafından kontrol edilebilir olduğunu diel dikey göç - Okyanuslarda, koylarda ve göllerde meydana gelen Dünya'daki en büyük günlük biyokütle göçü. Plankton ve balık, yırtıcı hayvanların ve güneşin zarar görmesini önlemek için gün içinde daha derin sulara göç eder ve geceleri beslenmek için yüzeye geri döner.

Sirkadiyen işlevi hakkında bildiklerimizi göz önüne alındığında, kirlenmeye maruz kalmanın bir organizmanın sirkadiyen ritimlerini etkilemeyeceğini varsaymak mantıklı olacaktır. Sirkadiyen saatler, günün saatini bildirmek için çevresel bilgileri içerebilirken, çevresel etkilerin çoğuna karşı yoğun bir şekilde tamponlanmış.

Bu tamponlamanın önemini anlamak için, bir organizmanın gün boyu zamanlamasının çevre sıcaklığına yanıt verdiğini hayal edin. Isı moleküler reaksiyonları hızlandırır, bu nedenle sıcak günlerde organizmanın 24 saatlik ritmi 20 saat, soğuk günlerde 28 saat olabilir. Özünde, organizmanın bir saati değil, bir termometresi olur.

Kirliliğe adaptasyon, temel sirkadiyen genleri etkiler

Saatin bozulmasının kirletici adaptasyonu için bir takas olup olmadığını belirlemek için önce bunu tespit etmek zorunda kaldık. Daphnia sirkadiyen bir saat tarafından yönetilmektedir. Bunu yapmak için, genleri tanımladık. Daphnia olarak bilinen iki gene benzer dönem ve saat, sirkadiyen bir model sistemi olarak hizmet veren bir organizmada: Drosophila melanogaster, ortak meyve sineği.

Seviyelerini takip ettik dönem ve saat in Daphniaorganizmaları sabit karanlıkta tutmak, ışık uyaranlarının bu seviyeleri etkilememesini sağlamak için. Verilerimiz düzeylerini gösterdi dönem ve saat 24 saatlik ritimle zaman içinde değişen - net bir belirti Daphnia işlevsel bir sirkadiyen saat var.

Aynı genleri popülasyonlarda da takip ettik. Daphnia Bu artan tuzluluğa uyum sağlamıştır. Sürprizimden çok, günlük varyasyonun değiştiğini keşfettik. dönem ve saat doğrudan ile bozulan seviyeler tuzluluk seviyesi Daphnia adapte edildi. Başka bir deyişle Daphnia daha yüksek tuzluluk seviyelerine adapte olmuş, seviyelerinde daha az değişiklik göstermiştir dönem ve saat gün boyunca. Bu gösterdi ki Daphnia'ın saati gerçekten kirleticilere maruz kalmadan etkilenir.

Daphnia ve diğer planklar Dünyadaki en bol organizmalar arasındadır ve kritik ekolojik roller oynar.

{youtube}https://youtu.be/ziGtmjiUlJQ{/youtube}

Şu anda bu etkiye neyin sebep olduğunu anlamıyoruz, ancak tuzluluk seviyeleri ile seviyelerindeki azalmış değişim arasındaki ilişki dönem ve saat bir ipucu sunuyor. Kirleticilere maruz kalmanın Daphnia'nın geçmesine neden olduğunu biliyoruz. epigenetik düzenleme - DNA'larını değiştirmeden genlerinin fonksiyonlarını etkileyen kimyasal değişiklikler. Epigenetik değişiklikler sıklıkla kademeli bir tepki gösterir ve nedensel faktör arttıkça daha belirgin hale gelir. Bu nedenle, yüksek tuzluluk oranının bu epigenetik mekanizmalar yoluyla kimyasal değişimlere neden olması muhtemeldir. Daphnia sirkadiyen saatin fonksiyonunu bastırmak için.

Sirkadiyen saat bozulmalarının geniş etkileri

Çevresel koşulların saatin birçok türde düzenlediği şeyi etkileyebileceğini biliyoruz. Mesela mantarın değiştirdiği şekeri değiştirmek Neurospora crassa büyür saatin düzenlediği davranışları değiştirir. Ancak, bildiğimiz kadarıyla, bu çalışma bir organizmanın çekirdek saatinin genlerinin bir çevresel kirleticiye uyum sağlayarak doğrudan etkilenebileceğini gösteren ilk çalışmadır. Bulgularımız, mekanik bir saatin dişlilerinin zaman içinde paslanabileceği gibi, sirkadiyen saatin çevresel maruziyetten kalıcı olarak etkilenebileceğini göstermektedir.

Bu araştırmanın önemli etkileri var. İlk önce, eğer Daphnia en sirkadiyen saat, diel dikey göçüne katılımını düzenlemektedir, daha sonra saati bozmak, Daphnia su sütununda göç etmeyin. Daphnia alglerin temel tüketicileri ve birçok balık için bir besin kaynağıdır, bu nedenle sirkadiyen ritimlerini bozar tüm ekosistemleri etkileyebilir.

İkincisi, bulgularımız çevre kirliliğinin insanlar üzerinde daha önce anlaşılmadığından daha geniş etkileri olabileceğini göstermektedir. Genler ve işlemler Daphnia en saat, insanlarda saati düzenleyenlere çok benzer. Sirkadiyen ritimlerimiz, vücut ısısı ve bağışıklık tepkileri gibi fizyolojik parametrelerle birlikte hücre fonksiyonunu, bölünmesini ve büyümesini etkileyen hücresel salınımları yaratan genleri kontrol eder.

Çevresel Kirleticiler Sirkadiyen Ritimlerimizi Bozabilir mi?İnsan sirkadiyen saati, birçok vücut fonksiyonunun çevrimlerini düzenler. NIH

İnsanlarda bu ritimler bozulduğunda, oranlarında artış görüyoruz. kanser, diyabet, obezite, kalp hastalığı, depresyon ve diğer birçok hastalık. Çalışmamız çevre kirleticilerine maruz kalmanın insan saatlerinin işlevini baskıladığını, bu da hastalık oranlarının artmasına neden olabileceğini göstermektedir.

Konuşmaİşimizin bozulmasını nasıl çalıştığını inceleyerek sürdürüyoruz. Daphnia'ın saati, dizel dikey göçüne katılımını etkiler. Ayrıca, bu değişikliklerin altında yatan nedenleri belirlemek, bunun insan beyninde olup olmadığını ve nasıl olabileceğini belirlemek için çalışıyoruz. Bulduğumuz etkiler Daphnia tuz gibi basit bir maddenin bile canlı organizmalar üzerinde son derece karmaşık etkilere sahip olduğunu gösterin.

Yazar hakkında

Jennifer Marie Hurley, Biyolojik Bilimler Yardımcı Doçenti, Rensselaer Politeknik Enstitüsü

Bu yazı orijinalinde Konuşma. Okumak Orijinal makale.

İlgili Kitaplar:

at InnerSelf Pazarı ve Amazon