1
„Przypuszczaliśmy, że zmiany w hormonach tarczycy były ważne dla normalnego rozwoju smoltów, ale nie wiedzieliśmy, jak hormon jest aktywowany i jakie są jego specyficzne role”, mówi Lars Ebbesson. Naukowcy z Uni Research Environment znaleźli teraz ważne wskazówki, które mogą dostarczyć odpowiedzi.
Nowe badanie pokazuje, że światło — wzrost długości dnia na wiosnę — wpływa na procesy rozwojowe w mózgu ryby podczas smoltifikacji. W nowym badaniu opublikowanym w Current Biology Ebbesson i jego koledzy odkryli, że światło zwiększa produkcję specjalnego enzymu, dejodynazy typu 2, aktywującego hormon tarczycy w mózgu smolta. Enzym ten stymuluje ryby do przygotowania się przed wędrówką do słonej wody.
Znaleźli również ważną zmianę w paralogu typu 2 dejodynazy w skrzelach. Skrzela są ważne dla regulowania równowagi soli w rybach. W badaniu stwierdzono, że ten paralog dejodynazy, który aktywuje hormon tarczycy w skrzelach wzrasta tylko wtedy, gdy ryba osiąga słoną wodę.
Niniejsze badanie może wyjaśnić, dlaczego poprzednie prace nad hormonami tarczycy i rozwojem skrzeli u smoltów, które skupiły się na słodkowodnej transformacji parr-smolt, znalazły hormony tarczycy, aby mieć minimalną rolę.
Zmiany kontrolne
„Nasze odkrycia zwiększają nasze zrozumienie specyficznej dla narządów regulacji i aktywacji hormonów. To daje nam lepsze zrozumienie, w jaki sposób sygnały środowiskowe, takie jak światło i sól, kontrolują zmiany fizjologiczne” – mówi Ebbesson. Jest on liderem grupy Integrative Fish Biology w Uni Research Environment.
Ostatnia praca jest wynikiem współpracy ze starszymi badaczami Tomem Ole Nilsenem i Sigurdem Handelandem z jego grupy, profesorami Davidem Hazleriggiem z Uniwersytetu w Tromsø i Samem Martinem z Uniwersytetu w Aberdeen. Grupa współpracuje również w ramach projektu FRIMEDBIO „The smolt brain model: Unraveling nature´s regulation of neural plasticity”. Trzyletni projekt jest finansowany przez Research Council of Norway.
„W tym projekcie badamy, w jaki sposób środowisko i genetyka regulują plastyczność neuronalną w połowie życia”, mówi Ebbesson.
Nowy wgląd
„Łącznie, te wyniki zapewniają nowy wgląd w sposoby, w jaki smoltyfikacja jest regulowana i sposoby, w jakie środowisko wpływa na to szczególne przejście z wody słodkiej do słonej”, mówi Ebbesson.
Ebbesson i jego koledzy rozpoczęli teraz nowy trzyletni projekt FRIMEDBIO „Światło & Sól — Paralogi dejodynazy hormonu tarczycy & ewolucja złożonej strategii życiowej u łososiowatych”, aby dowiedzieć się więcej o związku między światłem, regulacją soli i transformacją, w której ryby stają się smoltami.
Między innymi, Integrative Fish Biology w Uni Research wcześniej odkryli, że łosoś może być niepokojony przez przewlekły łagodny stres. Odkryli, że przewlekły stres może być czynnikiem przyczyniającym się do uniemożliwienia łososiowi znalezienia drogi powrotnej do ich rzek.
Jest to prawdą, ponieważ środowisko wpływa na zdolność ryb do uczenia się. Jeśli środowisko jest złe przez dłuższy czas, ich zdolność uczenia się spada. Naukowcy wykazali, że ryby, które były narażone na złą jakość wody miały większe ryzyko rozwoju przewlekłego łagodnego stresu i upośledzonych odpowiedzi neuronowych, gdy kwestionowane. To, jak wytrzymałe psychicznie i fizjologicznie są ryby, dostarcza ważnych informacji na temat tego, jak ryby będą radzić sobie z wyzwaniami w przyszłości. Jest to nowy przykład sposobów, w których Ebbesson i jego koledzy używają neurobiologii integracyjnej, aby pomóc wyjaśnić niektóre z tajemnic biologii.
Chcemy znaleźć więcej odpowiedzi
Grupa badawcza będzie teraz dążyć do stania się Centrum Doskonałości w zintegrowanej neurobiologii ryb. Celem jest stworzenie środowiska, które będzie ważnym filarem dla naukowców zajmujących się biologią i ewolucją ryb, zarówno na poziomie krajowym, jak i międzynarodowym.
„Mózg jest centralnym regulatorem większości procesów biologicznych, jednak tylko kilka rozproszonych grup badawczych bada, jak działa mózg ryb w Norwegii. W kraju, w którym ryby odgrywają tak ważną rolę w społeczeństwie, ośrodek, który może dać nowy wgląd w ważne fundamentalne pytania dotyczące funkcjonowania mózgu, będzie miał również wpływ na sposób zarządzania populacjami dzikich ryb i poprawy praktyk akwakultury” – mówi Ebbesson.
Ośrodek umożliwi naukowcom bliższe przyjrzenie się specyficznym regulacjom i funkcjom w mózgach ryb. Dzięki prowadzonym tu badaniom będą oni w stanie uzyskać ważne odpowiedzi, które pomogą zarówno tym, którzy pracują z rybami, jak i tym, którzy pracują z ludźmi. W tym miejscu będą również rozbudowywać i centralizować zasoby technologiczne oraz neuroanatomiczne bazy danych. Praca w celu opracowania tego jest już w toku.
„Niekoniecznie wierzymy, że ryby i ludzie są takie same, ale mechanizmy w mózgu występują w podobny sposób dla ryb jak dla ludzi. Rozumiejąc więcej z tego, co dzieje się w mózgu ryby, możemy również zrozumieć więcej o mózgu człowieka” – mówi Ebbesson.
Mózg smolta
Ebbesson podkreśla również, że wiedza o tym, jak funkcjonuje mózg ryb, będzie ważna dla branży akwakultury. Dzięki niej będzie można między innymi przewidzieć i regulować, jak na ryby wpłyną zmiany środowiskowe.
Grupa badawcza w Bergen jest wyjątkowa, ponieważ jej praca jest tak interdyscyplinarna. Nowe centrum zaoferuje badaczom zupełnie nową wiedzę i narzędzia.
Podejście interdyscyplinarne
Centrum Doskonałości w zakresie Zintegrowanej Neurobiologii Ryb (SIFN) będzie kierowane przez Ebbessona. Jest on związany z Uniwersytetem w Bergen od czasu, gdy przeniósł się do Bergen jako stypendysta post-doc w 2000 roku. W 2006 roku został zatrudniony w Uni Research, a w 2009 roku założył grupę badawczą Integrative Fish Biology and the Fish Neuroscience Network w Bergen.
Rozwinęła się ona następnie w NORDFORSK Behavioural Fish Neuroscience Network (BeFiNe), która obecnie jest częścią unijnego projektu COPEWELL. Jesienią 2015 roku grupa badawcza będzie dążyć do uzyskania statusu Centrum Doskonałości.
Centrum będzie badać ewolucyjne i środowiskowe mechanizmy, które kontrolują rozwój i zmiany funkcjonalne w mózgu ryb. Jest to wspólna inicjatywa uniwersytetów w Bergen, Tromsø i Oslo we współpracy z Norweskim Instytutem Badań Morskich, Międzynarodowym Centrum Biologii Molekularnej Morza Sars oraz międzynarodowymi ekspertami z Japonii, USA i Europy.
„Globalnie wiodący”
„Centrum tutaj w Bergen stanie się globalnie wiodące” – mówi Ebbesson.
Kluczem do sukcesu jest fakt, że centrum będzie łączyć wiedzę z różnych dziedzin neurobiologii, neuroanatomii funkcjonalnej, behawioru, biologii molekularnej, bioinformatyki, ekologii i fizjologii ryb.
„Tego rodzaju integracyjne podejście jest ważne dla rozwiązania problemów związanych z regulacją zmian historii życia, motywacją behawioralną oraz środowiskową i genetyczną modulacją adaptacji. Obecnie na świecie jest niewielu badaczy, którzy są w stanie mieć tego rodzaju integracyjne podejście”, mówi Ebbesson.