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“Abbiamo supposto che i cambiamenti negli ormoni tiroidei siano stati importanti per il normale sviluppo degli smolt, ma non abbiamo saputo come l’ormone viene attivato e i suoi ruoli specifici”, dice Lars Ebbesson. I ricercatori dell’Uni Research Environment hanno ora trovato importanti indizi che potrebbero fornire una risposta.
Un nuovo studio mostra che la luce – l’aumento della lunghezza del giorno in primavera – influenza i processi di sviluppo nel cervello del pesce durante la smoltificazione. In un nuovo studio appena pubblicato su Current Biology Ebbesson e i suoi colleghi hanno scoperto che la luce aumenta la produzione di un enzima speciale, la deiodinasi di tipo 2, attivando l’ormone tiroideo nel cervello degli smolt. Questo enzima stimola il pesce a prepararsi prima di uscire in acqua salata.
Hanno anche trovato un importante cambiamento nel paralogo della deiodinasi di tipo 2 nelle branchie. Le branchie sono importanti per regolare l’equilibrio salino nel pesce. Nello studio, hanno scoperto che questa deiodinasi paraloga che attiva l’ormone tiroideo nelle branchie aumenta solo quando il pesce raggiunge l’acqua salata.
Il presente studio può spiegare perché i precedenti lavori sugli ormoni tiroidei e lo sviluppo delle branchie negli smolt, che si sono concentrati sulla trasformazione parr-smolt in acqua dolce, hanno trovato che gli ormoni tiroidei hanno un ruolo minimo.
Cambiamenti di controllo
“I nostri risultati aumentano la nostra comprensione della regolazione e attivazione organo-specifica degli ormoni. Questo ci dà una migliore comprensione di come i segnali ambientali, come la luce e il sale, controllano i cambiamenti fisiologici”, dice Ebbesson. E’ il capogruppo del gruppo di Biologia Integrativa dei Pesci all’Uni Research Environment.
Il recente lavoro è una collaborazione insieme ai ricercatori senior Tom Ole Nilsen e Sigurd Handeland del suo gruppo, ai professori David Hazlerigg dell’Università di Tromsø e Sam Martin dell’Università di Aberdeen. Il gruppo collabora anche al progetto FRIMEDBIO “The smolt brain model: Svelare la regolazione naturale della plasticità neurale”. Il progetto triennale è finanziato dal Research Council of Norway.
“In questo progetto, stiamo esplorando come l’ambiente e la genetica regolano la plasticità neurale di mezza età, dice Ebbesson.
Nuova comprensione
“Presi insieme, questi risultati forniscono una nuova comprensione dei modi in cui la smoltificazione è regolata e dei modi in cui l’ambiente influenza questa transizione speciale dall’acqua dolce all’acqua salata”, dice Ebbesson.
Ebbesson e i suoi colleghi hanno ora avviato un nuovo progetto triennale FRIMEDBIO “Luce & Sale — Paraloghi dell’ormone tiroideo deiodinasi & l’evoluzione della complessa strategia di life-history nei salmonidi” per saperne di più sulla relazione tra luce, regolazione del sale e la trasformazione in cui i pesci diventano smolt.
Tra le altre cose, Integrative Fish Biology a Uni Research ha precedentemente scoperto che i salmoni possono essere disturbati da uno stress cronico lieve. Hanno scoperto che lo stress cronico può contribuire a impedire ai salmoni di ritrovare la loro strada verso i loro fiumi.
Questo è vero perché l’ambiente influenza la capacità di apprendimento dei pesci. Se l’ambiente è povero per un periodo prolungato, la loro capacità di apprendimento diminuisce. I ricercatori hanno dimostrato che i pesci esposti a una cattiva qualità dell’acqua avevano un rischio maggiore di sviluppare un lieve stress cronico e risposte neurali alterate quando venivano sfidati. Quanto i pesci siano mentalmente e fisiologicamente robusti fornisce importanti informazioni su come i pesci affronteranno le sfide in futuro. Questo è un nuovo esempio dei modi in cui Ebbesson e i suoi colleghi usano la neurobiologia integrativa per aiutare a chiarire alcuni dei misteri della biologia.
Voglia di trovare più risposte
Il gruppo di ricerca si sforza ora di diventare un Centro di eccellenza in neurobiologia integrata dei pesci. L’obiettivo è quello di creare un ambiente che sarà un importante pilastro per i ricercatori in biologia ed evoluzione dei pesci, sia a livello nazionale che internazionale.
“Il cervello è il regolatore centrale della maggior parte dei processi biologici, eppure solo pochi gruppi di ricerca sparsi studiano come funziona il cervello dei pesci in Norvegia. In un paese in cui il pesce gioca un ruolo così importante nella società, un centro che può dare nuove informazioni su importanti questioni fondamentali sulla funzione del cervello avrà anche un impatto su come gestire le popolazioni di pesci selvatici e migliorare le pratiche di acquacoltura”, dice Ebbesson.
Il centro renderà possibile ai ricercatori di dare uno sguardo più da vicino alla regolazione e alle funzioni specifiche nel cervello dei pesci. Attraverso la ricerca qui, saranno in grado di arrivare a risposte importanti per aiutare sia coloro che lavorano con i pesci che quelli che lavorano con le persone. Qui amplieranno e centralizzeranno anche le risorse tecnologiche e le banche dati neuroanatomiche. Il lavoro per sviluppare questo è già in corso.
“Non crediamo necessariamente che i pesci e gli esseri umani siano uguali, ma i meccanismi nel cervello si verificano in modo simile per i pesci come per gli umani. Capendo meglio cosa succede nel cervello dei pesci, possiamo anche capire meglio il cervello umano”, dice Ebbesson.
Il cervello degli smolt
Ebbesson sottolinea anche che la conoscenza di come funziona il cervello dei pesci sarà importante per l’industria dell’acquacoltura. Tra le altre cose, saranno in grado di prevedere e regolare come i pesci saranno influenzati dai cambiamenti ambientali.
Il gruppo di ricerca di Bergen è unico perché il suo lavoro è così interdisciplinare. Il nuovo centro offrirà ai ricercatori conoscenze e strumenti completamente nuovi.
Approccio interdisciplinare
Il Centro di eccellenza sulla neurobiologia integrata dei pesci (SIFN) sarà diretto da Ebbesson. È stato affiliato all’Università di Bergen da quando si è trasferito a Bergen come post-doc fellow nel 2000. Nel 2006, è stato assunto all’Uni Research, e nel 2009 ha avviato il gruppo di ricerca Integrative Fish Biology e il Fish Neuroscience Network a Bergen.
Questo si è successivamente evoluto in NORDFORSK Behavioural Fish Neuroscience Network (BeFiNe), che è ora parte del progetto COPEWELL dell’UE. Nell’autunno del 2015, il gruppo di ricerca cercherà di diventare un centro di eccellenza.
Il centro studierà i meccanismi evolutivi e ambientali che controllano lo sviluppo e i cambiamenti funzionali nel cervello dei pesci. Si tratta di un’iniziativa congiunta con le università di Bergen, Tromsø e Oslo, in collaborazione con l’Istituto norvegese di ricerca marina, il Centro internazionale Sars per la biologia molecolare marina ed esperti internazionali dal Giappone, dagli Stati Uniti e dall’Europa.
“Leader mondiale”
“Il centro qui a Bergen diventerà leader mondiale”, dice Ebbesson.
La chiave del successo sta nel fatto che il centro combinerà le competenze di vari campi delle neuroscienze, della neuroanatomia funzionale, del comportamento, della biologia molecolare, della bioinformatica, dell’ecologia e della fisiologia dei pesci.
“Questo tipo di approccio integrativo è importante per risolvere le sfide della regolazione delle transizioni del ciclo vitale, della motivazione comportamentale e della modulazione ambientale e genetica dell’adattamento. Attualmente ci sono pochi ricercatori al mondo che sono in grado di avere questo tipo di approccio integrativo”, dice Ebbesson.