1

“We hebben verondersteld dat veranderingen in schildklierhormonen belangrijk zijn voor de normale ontwikkeling van smolt, maar we wisten niet hoe het hormoon wordt geactiveerd en welke specifieke rol het speelt,” zegt Lars Ebbesson. De onderzoekers van Uni Research Environment hebben nu belangrijke aanwijzingen gevonden die een antwoord kunnen bieden.

Een nieuwe studie toont aan dat licht — toename van de daglengte in het voorjaar — invloed heeft op de ontwikkelingsprocessen in de hersenen van de vis tijdens de smoltificatie. In een nieuwe studie, zojuist gepubliceerd in Current Biology, ontdekten Ebbesson en zijn collega’s dat licht de productie van een speciaal enzym, type 2 deiodinase, verhoogt, waardoor het schildklierhormoon in de hersenen van de smolt wordt geactiveerd. Dit enzym stimuleert de vis om zich voor te bereiden voordat hij het zoute water in trekt.

Zij vonden ook een belangrijke verandering in de type-2 deiodinase paralogus in de kieuwen. De kieuwen zijn belangrijk voor het reguleren van de zoutbalans in de vis. In de studie ontdekten zij dat deze deiodinase-paraloog die het schildklierhormoon in de kieuwen activeert, alleen toeneemt wanneer de vis zout water bereikt.

De huidige studie kan verklaren waarom bij eerder onderzoek naar schildklierhormonen en de ontwikkeling van kieuwen bij smolts, dat zich concentreerde op de transformatie van de parr-smolt in zoet water, schildklierhormonen een minimale rol bleken te spelen.

Veranderingen in de controle

“Onze bevindingen vergroten ons begrip van de orgaanspecifieke regulatie en activering van hormonen. Dit geeft ons een beter inzicht in hoe milieusignalen, zoals licht en zout, fysiologische veranderingen sturen,” zegt Ebbesson. Hij is groepsleider van de groep Integrative Fish Biology bij Uni Research Environment.

Het recente werk is een samenwerking met Senior Researchers Tom Ole Nilsen en Sigurd Handeland uit zijn groep, professoren David Hazlerigg van de Universiteit van Tromsø en Sam Martin van de Universiteit van Aberdeen. De groep werkt ook mee aan het FRIMEDBIO-project “The smolt brain model: Unraveling nature´s regulation of neural plasticity”. Het driejarige project wordt gefinancierd door de Noorse Onderzoeksraad.

“In dit project onderzoeken we hoe omgeving en genetica de neurale plasticiteit halverwege de levenscyclus reguleren, zegt Ebbesson.

Nieuw inzicht

“Alles bij elkaar geven deze resultaten nieuw inzicht in de manieren waarop de smoltificatie wordt gereguleerd en de manieren waarop de omgeving deze bijzondere overgang van zoet naar zout water beïnvloedt,” zegt Ebbesson.

Ebbesson en zijn collega’s zijn nu een nieuw driejarig FRIMEDBIO-project gestart “Licht & Zout — Schildklierhormoon deiodinase paralogen & de evolutie van complexe life-history strategie bij zalmachtigen” om meer te weten te komen over de relatie tussen licht, zoutregulering en de transformatie waarbij de vis smolt wordt.

Onder andere heeft Integrative Fish Biology van Uni Research eerder ontdekt dat zalmen last kunnen hebben van chronische milde stress. Zij ontdekten dat chronische stress ertoe kan bijdragen dat de zalm de weg naar zijn rivier niet meer terugvindt.

Dit komt omdat de omgeving het leervermogen van de vissen beïnvloedt. Als de omgeving gedurende langere tijd slecht is, neemt hun leervermogen af. De onderzoekers toonden aan dat vissen die aan een slechte waterkwaliteit werden blootgesteld, een hoger risico liepen op het ontwikkelen van chronische milde stress en verminderde neurale reacties wanneer ze werden uitgedaagd. Hoe mentaal en fysiologisch robuust de vissen zijn, geeft belangrijke informatie over hoe de vissen in de toekomst uitdagingen zullen aanpakken. Dit is een nieuw voorbeeld van de manieren waarop Ebbesson en zijn collega’s integratieve neurobiologie gebruiken om een aantal mysteries in de biologie te helpen ophelderen.

Wil je meer antwoorden

De onderzoeksgroep streeft er nu naar om een Centre of Excellence in Integrated Fish Neurobiology te worden. Het doel is een omgeving te creëren die een belangrijke pijler zal zijn voor onderzoekers in visbiologie en -evolutie, zowel nationaal als internationaal.

“De hersenen zijn de centrale regulator van de meeste biologische processen, maar toch bestuderen slechts een paar verspreide onderzoeksgroepen in Noorwegen hoe het vissenbrein werkt. In een land waar vis zo’n belangrijke rol speelt in de samenleving, zal een centrum dat nieuwe inzichten kan verschaffen in belangrijke fundamentele vragen over de hersenfunctie ook van invloed zijn op hoe we wilde vispopulaties beheren en aquacultuurpraktijken verbeteren,” zegt Ebbesson.

Het centrum zal het voor onderzoekers mogelijk maken om specifieke regulering en functies in vissenhersenen nader te bekijken. Door hier onderzoek te doen, zullen zij tot belangrijke antwoorden kunnen komen die zowel degenen die met vissen werken als degenen die met mensen werken, kunnen helpen. Hier zullen zij ook de technologische middelen en neuro-anatomische databanken uitbreiden en centraliseren. Het werk om dit te ontwikkelen is al aan de gang.

“Wij geloven niet noodzakelijk dat vissen en mensen hetzelfde zijn, maar mechanismen in de hersenen treden bij vissen op een vergelijkbare manier op als bij mensen. Door meer te begrijpen van wat er in de hersenen van de vis gebeurt, kunnen we ook meer begrijpen van de hersenen van de mens,” zegt Ebbesson.

Het smoltenbrein

Ebbesson benadrukt ook dat kennis over hoe de hersenen van de vissen functioneren, belangrijk zal zijn voor de aquacultuur-industrie. Zo kunnen ze onder meer voorspellen en reguleren hoe de vissen zullen worden beïnvloed door veranderingen in het milieu.

De onderzoeksgroep in Bergen is uniek omdat haar werk zo interdisciplinair is. Het nieuwe centrum zal de onderzoekers geheel nieuwe kennis en instrumenten bieden.

Interdisciplinaire aanpak

Het Zwaartepunt Geïntegreerde Visneurobiologie (SIFN) komt onder leiding te staan van Ebbesson. Hij is verbonden aan de Universiteit van Bergen sinds hij in 2000 als post-doc fellow naar Bergen verhuisde. In 2006 werd hij aangenomen bij Uni Research, en in 2009 startte hij de onderzoeksgroep Integratieve Visbiologie en het Fish Neuroscience Network in Bergen.

Dit ontwikkelde zich vervolgens tot NORDFORSK Behavioural Fish Neuroscience Network (BeFiNe), dat nu deel uitmaakt van het COPEWELL-project van de EU. In het najaar van 2015 wil de onderzoeksgroep uitgroeien tot een Centre of Excellence.

Het centrum zal evolutionaire en omgevingsmechanismen bestuderen die de ontwikkeling en functionele veranderingen in de hersenen van vissen sturen. Dit is een gezamenlijk initiatief met de universiteiten van Bergen, Tromsø en Oslo in samenwerking met het Noorse Instituut voor Marien Onderzoek, het Sars International Centre for Marine Molecular Biology en internationale experts uit Japan, de VS en Europa.

“Wereldwijd toonaangevend”

“Het centrum hier in Bergen zal wereldwijd toonaangevend worden,” zegt Ebbesson.

De sleutel tot succes ligt in het feit dat het centrum expertise zal combineren uit verschillende gebieden van neurowetenschappen, functionele neuroanatomie, gedrag, moleculaire biologie, bio-informatica, ecologie en visfysiologie.

“Dit soort integratieve benadering is belangrijk om uitdagingen op te lossen met betrekking tot de regulatie van life-history overgangen, gedragsmotivatie en omgevings- en genetische modulatie van aanpassing. Op dit moment zijn er maar weinig onderzoekers in de wereld die in staat zijn tot een dergelijke integratieve aanpak,” aldus Ebbesson.