Forskere undersøger oprindelsen af ​​circatidale rytmer hos ferskvandssnegle

Organismer, herunder mennesker, følger et skema, der koordinerer vigtige kropsfunktioner såsom søvn-vågen-cyklusser, stofskifte, hormonproduktion, kognitiv funktion og spisevaner til miljøcyklusser.

Mens de fleste organismer har døgnrytmer synkroniseret med 24-timers dag-nat-cyklus, har de også udviklet andre interne ure, der passer til deres lokale miljøer. Havdyr har udviklet døgnrytmer, der tilpasser aktiviteterne til den 12,4-timers tidevandscyklus og komplementerer døgnrytmer.

Forskere fra Chiba University har opdaget, at snegle, der lever i nedstrøms tidevandsområder, har biologiske rytmer synkroniseret med tidevandscyklusserne, i modsætning til dem i ikke-tidevandsområder. Denne observation rejser spørgsmålet om, hvorvidt circatidale rytmer udvikler sig på grund af forskelle i levesteder eller er forårsaget af genetiske variationer mellem populationerne.

Med udgangspunkt i deres tidligere resultater afslørede lektor Yuma Takahashi sammen med Dr. Takumi Yokomizo fra Chiba University (på tidspunktet for undersøgelsen og i øjeblikket post-doc forsker ved Center for Økologisk Forskning, Kyoto University), at ferskvandssnegle lever i tidevandsmiljøer tilpasser gradvist deres biologiske rytmer for at synkronisere med tidevandscyklusserne.

Undersøgelsen offentliggjort i tidsskriftet Heredity den 27. marts 2024, tilbyder indsigt i tilpasningsevnen og potentielle divergens af biologiske rytmer som reaktion på tidevandsmiljøer.

"Denne undersøgelse afslørede genetiske og ikke-genetiske ændringer i biologiske rytmer, mens de tilpasser sig tidevandsmiljøer i en ferskvandssnegl. Dette resultat kunne føre til en forståelse af biologiske ures rolle i tilpasningen til det rytmiske miljø, som er en af ​​de vigtigste problemer i kronobiologi," siger Dr. Takahashi.

Forskerne indsamlede ferskvandssnegle (Semisulcospira reiniana) fra tidevands- og ikke-tidevandsområder langs Kiso-floden i Japan, 20 km fra hinanden. Snegle blev opdelt i to grupper:Den ene blev udsat for en regulær 24-timers lys-mørke-cyklus, mens den anden oplevede en simuleret 12-timers tidevandscyklus, der vekslede mellem nedsænkning under højvande og eksponering for luft under lavvande.

Efter en 4-ugers medrivningsperiode analyserede forskerne sneglenes adfærd og genetiske ekspressionsmønstre i mørke ved en konstant temperatur på 23°C. Blandt sneglene fra ikke-tidevandsområder var der ingen signifikante forskelle i intensiteten af ​​døgn- og døgnrytmen mellem de to grupper. Men snegle fra tidevandsområder, der blev udsat for den simulerede tidevandscyklus, viste stærkere circadale rytmer sammenlignet med kontrolgruppen.

Interessant nok viste både tidevands- og ikke-tidevandspopulationer udsat for det simulerede tidevand en stigning i antallet af circadisk oscillerende gener og et fald i de circadian oscillerende gener (gener, der svinger i aktivitet i takt med henholdsvis tidevands- og døgncyklussen) . Snegle, der allerede havde tilpasset sig tidevandscyklusserne i floderne i deres tidlige liv, havde et større antal circatidale oscillerende gener sammenlignet med ikke-tidevandspopulationen.

Disse resultater indebærer, at ekspressionsrytmerne af gener, der kontrolleres af det biologiske ur, er følsomme over for miljøændringer og kan påvirkes af genetiske ændringer, der skyldes miljøtilpasning.

"Vores undersøgelse fokuserede på biologiske ures fleksibilitet og fandt deres potentiale til at ændre biologiske rytmer i henhold til dominerende miljøcyklusser," siger Dr. Takahashi.

Forstyrrelser af biologiske rytmer kan påvirke forskellige fysiologiske processer negativt. Resultaterne af denne undersøgelse kan øge vores forståelse af, hvordan organismer tilpasser sig skiftende miljøforhold og vise sig værdifulde i behandlingen af ​​kronobiologiske sygdomme i fremtiden.

Flere oplysninger: Takumi Yokomizo et al., Plasticitet af døgnrytme og circadale rytmer i aktivitet og transkriptomisk dynamik i en ferskvandssnegl, Harvelighed (2024). DOI:10.1038/s41437-024-00680-7

Journaloplysninger: Arvelighed

Leveret af Chiba University