Рыбки-зебры раскрывают удивительную реакцию мозга на повышение температуры

Какие организмы выживают, а какие гибнут при изменении климата? Маленькая личинка рыбки даёт удивительное представление о том, как мозг реагирует на повышение температуры.

«Это было поистине невероятно. Весь мозг засветился», — говорит аспирантка Анна Андреассен.

Живые организмы, будь то рыбы или люди, как правило, хуже функционируют при повышении температуры окружающей среды. Исследователи из Департамента биологии NTNU объединили генетические технологии и нейрофизиологические методы, чтобы найти ответ. Их исследование опубликовано в Proceedings of the National Academy of Sciences.

Потеря способности реагировать

В NTNU в Тронхейме исследователи использовали только что вылупившихся личинок рыбок-зебр, чтобы изучить активность их мозга при постепенном повышении температуры воды. Эти рыбки генетически модифицированы так, что нейроны в мозге испускают флуоресцентный свет при активности.

При достижении экстремально высокой температуры личинки теряли равновесие и начинали плавать по кругу. Они переставали реагировать на прикосновения к хвосту, хотя были живы. Это состояние было временным — после помещения в более прохладную воду рыбки восстанавливались.

Жара «выключает» мозг

При дальнейшем повышении температуры мозг полностью прекращал реагировать на стимулы. Однако при ещё небольшом увеличении температуры произошло неожиданное: «Весь мозг засветился. Лучшее описание — что-то вроде приступа», — говорит Андреассен.

Флуоресцентный свет за несколько секунд распространился и покрыл весь мозг маленькой личинки. Мозг рыбок-зебр имеет много общего с человеческим (70% генетического материала одинаково), что позволяет предположить связь с тем, что наблюдается в мозге детей при высокой температуре.

Ключевая роль кислорода

Следующим шагом исследователи планируют изучить роль глиальных клеток, которые регулируют снабжение мозга кислородом. Гипотеза состоит в том, что мозг перестаёт работать, потому что глиальные клетки больше не могут регулировать уровень кислорода.

Эксперименты с манипуляцией уровня кислорода в воде показали, что он влияет на термоустойчивость. При добавлении дополнительного кислорода личинки лучше переносили высокие температуры, демонстрировали более высокую мозговую активность и быстрее восстанавливались.

Эволюционные последствия

Исследования других видов дали противоречивые результаты относительно влияния концентрации кислорода на термоустойчивость. «Нечувствительность» к колебаниям уровня кислорода может стать эволюционным преимуществом по мере потепления на Земле.

Термоустойчивость варьируется между видами и может определять, сможет ли вид адаптироваться к изменению климата. Особенно уязвимы организмы, живущие в средах с низким содержанием кислорода, где температура может быстро повышаться, например, на мелководье, в реках или в литоральной зоне.

«Животные, которые способны поддерживать функцию нервов при низком уровне кислорода, вероятно, будут лучше всего переносить высокие температуры», — заключает Андреассен.