Wetenschap
Onderzoekers onderzoeken de oorsprong van circatidale ritmes bij zoetwaterslakken
Organismen, inclusief mensen, volgen een schema dat belangrijke lichaamsfuncties, zoals slaap-waakcycli, metabolisme, hormoonproductie, cognitieve functies en voedingsgewoonten, coördineert met omgevingscycli.
Hoewel de meeste organismen een circadiaanse ritme hebben dat is gesynchroniseerd met de 24-uurs dag-nachtcyclus, hebben ze ook andere interne klokken ontwikkeld die passen bij hun lokale omgeving. Zeedieren hebben circadiaanse ritmes ontwikkeld, waarbij hun activiteiten in lijn zijn gebracht met de 12,4 uur durende getijdencyclus, als aanvulling op circadiaanse ritmes.
Onderzoekers van de Chiba Universiteit hebben ontdekt dat slakken die in stroomafwaartse getijdengebieden leven, biologische ritmes hebben die gesynchroniseerd zijn met de getijdencycli, in tegenstelling tot die in niet-getijdengebieden. Deze observatie roept de vraag op of circatidale ritmes zich ontwikkelen als gevolg van verschillen in habitat of worden veroorzaakt door genetische variaties tussen de populaties.
Voortbouwend op hun eerdere bevindingen onthulde universitair hoofddocent Yuma Takahashi, samen met dr. Takumi Yokomizo van de Chiba Universiteit (ten tijde van het onderzoek, en momenteel een postdoctoraal onderzoeker bij het Centrum voor Ecologisch Onderzoek, de Universiteit van Kyoto), dat zoetwaterslakken Mensen die in getijdenomgevingen leven, passen geleidelijk hun biologische ritme aan om te synchroniseren met de getijdencycli.
De studie gepubliceerd in het tijdschrift Heredity op 27 maart 2024 biedt inzicht in het aanpassingsvermogen en de potentiële divergentie van biologische ritmes als reactie op getijdenomgevingen.
"Deze studie onthulde genetische en niet-genetische veranderingen in biologische ritmes terwijl ze zich aanpasten aan getijdenomgevingen in een zoetwaterslak. Dit resultaat zou kunnen leiden tot inzicht in de rol van biologische klokken in de aanpassing aan de ritmische omgeving, wat een van de belangrijkste is." problemen in de chronobiologie", zegt Dr. Takahashi.
De onderzoekers verzamelden zoetwaterslakken (Semisulcospira reiniana) uit getijden- en niet-getijdengebieden langs de Kiso-rivier in Japan, 20 km uit elkaar. Slakken werden in twee groepen verdeeld:de ene werd blootgesteld aan een normale licht-donkercyclus van 24 uur, terwijl de andere een gesimuleerde getijdencyclus van 12 uur ervoer, afwisselend onder water tijdens vloed en blootstelling aan lucht tijdens eb.
Na een meesleepperiode van vier weken analyseerden de onderzoekers het gedrag en de genetische expressiepatronen van de slakken in het donker bij een constante temperatuur van 23°C. Onder de slakken uit niet-getijdengebieden waren er geen significante verschillen in de intensiteit van het circadiane en circatidale ritme tussen de twee groepen. Slakken uit getijdengebieden die werden blootgesteld aan de gesimuleerde getijdencyclus vertoonden echter sterkere circatidale ritmes vergeleken met de controlegroep.
Interessant genoeg vertoonden zowel de getijden- als de niet-getijdenpopulaties die aan het gesimuleerde getij werden blootgesteld een toename in het aantal circadiaanse oscillerende genen en een afname in de circadiaanse oscillerende genen (genen die in activiteit fluctueren in overeenstemming met respectievelijk de getijden- en dagcyclus). . Slakken die zich in hun vroege leven al hadden aangepast aan de getijdencycli in de rivieren, hadden een groter aantal circatidale oscillerende genen vergeleken met de niet-getijdenpopulatie.
Deze resultaten impliceren dat de expressieritmes van genen die worden gecontroleerd door de biologische klok gevoelig zijn voor veranderingen in de omgeving, en kunnen worden beïnvloed door genetische veranderingen die het gevolg zijn van aanpassing aan de omgeving.
"Onze studie concentreerde zich op de flexibiliteit van biologische klokken en ontdekte hun potentieel om biologische ritmes te veranderen volgens dominante milieucycli", zegt Dr. Takahashi.
Verstoringen van biologische ritmes kunnen verschillende fysiologische processen negatief beïnvloeden. De bevindingen van deze studie kunnen ons begrip vergroten van hoe organismen zich aanpassen aan veranderende omgevingsomstandigheden en waardevol blijken bij de behandeling van chronobiologische ziekten in de toekomst.