環境汚染物質が私たちの概日リズムを混乱させるか?

環境汚染物質が私たちの概日リズムを混乱させるか?ミルウォーキーの塩漬けの通り。 マイケルペレカス, のCC BY-SA

毎年冬、米国の地方自治体が適用されます 何百万トンもの道路塩 雪と氷の嵐の中で通りを航行可能に保つ。 溶ける雪からの流出は、道路の塩を川や湖沼に運び、多くの水域に異常をもたらす 高塩分.

Rensselaer Polytechnic Institute、私の同僚 リック・リリーア 彼の研究室では、塩分の増加が生態系にどのように影響するかを数値化するために取り組んでいます。 驚くことではないが、彼らは、高い塩分が 多くの種への悪影響。 彼らはまた、いくつかの種がこれらの塩分の増加に対処する能力を持っていることを発見しました。

しかし、この能力は価格で提供されます。 最近の研究では、リックと私は動物プランクトンの共通の種が、 ミツバチ プレックス道路塩の増加するレベルに適応する。 この曝露は重要な生物学的リズムに影響を及ぼしていることがわかりました。 ミツバチ摂食と捕食回避行動。 多くの魚が ミツバチこの効果は、生態系全体に波及する可能性があります。 私たちの研究はまた、塩やその他の環境汚染物質が人間の概日時計に同様の影響を与えるかどうかについて疑問を投げかけています。

毎日の生物学的リズムと概日時計

道路塩が水生生態系にどのように影響するかを研究するにあたり、リリーア研究所は、 ミツバチ プレックス できる 中程度の暴露を処理するために適応する わずか2ヶ月半で。 これらの水準は、水1リットル当たり15ミリグラムの塩化物(ビルディングブロック)から1リットル当たり1,000ミリグラムの高さまでの範囲であった。これは北アメリカの汚染された湖で見られるレベルである。

しかし、環境中の何かに適応する生物の能力は、否定的なトレードオフを伴い得る。 私の研究室のRickとのコラボレーションは、塩に適応したこれらのトレードオフを特定する努力から始まりました ミツバチ.

In 私の研究室我々は、我々の概日リズム 私たちは時間を追跡することができます。 私たちは、細胞内の分子がどのようにして時計のように刻み目をつけて働くかを調べます。 これらの概日リズムにより、生物は、光(昼間)から暗(夜間)への変化など、その環境における24時間の振動を予測することができ、 生物の体力に不可欠.

リックと私は、高塩分への適応が混乱する可能性があると仮説を立てた ダフニアの 他の環境汚染物質が混乱する可能性があるという最近の証拠に基づく概日リズム 概日行動。 1つの重要な行動 ミツバチ それ 概日クロックによって制御されてもよい は、 ディールの垂直移動 - 海洋、湾および湖で起こる、地球上での最大の毎日のバイオマス移動。 プランクトンと魚は、捕食者や太陽の被害を避けるために、日中はより深い水に移動し、夜には餌のために表面に戻る。

概日作用について知っていることを考えれば、公害への曝露は生物の概日リズムに影響しないと仮定することは論理的であろう。 概日時計は、時刻を示すために環境情報を組み込むことができるが、 大部分の環境影響に対して大幅にバッファリングされる.

このバッファリングの重要性を理解するには、生物の一日の長さのタイミングが環境温度に反応すると想像してください。 熱は分子反応を加速させるので、暑い日に生物の24時間のリズムは20時間になり、寒い日には28時間になる可能性があります。 本質的に、生物は時計ではなく体温計を持つでしょう。

主要な概日遺伝子に影響を及ぼす汚染への適応

クロックの混乱が汚染物質の適応とのトレードオフであるかどうかを判断するためには、最初に ミツバチ 概日時計によって支配されます。 これを行うために、我々は ミツバチ それらは2つの遺伝子に類似しており、 期間クロック概日モデルシステムとして機能する生物において、 キイロショウジョウバエ、一般的なフルーツフライ。

私たちは、 期間クロック in ミツバチ軽い刺激がこれらのレベルに影響しないことを確実にするために生物を一定の暗闇に保ちます。 我々のデータは、 期間クロック 24時間のリズムで時間とともに変化しました。 ミツバチ 機能的な概日時計を有する。

我々はまた、 ミツバチ 塩分の増加に適応していた。 私の驚いたことに、私たちは、毎日の 期間クロック レベルは 塩分のレベル ミツバチ 〜に適合した。 言い換えれば、 ミツバチ より高い塩分レベルに適合させると、それらは、 期間クロック 一日以上。 これは、 ミツバチ実際、汚染物質の暴露の影響を受けています。

ミジンコと他のプランクトンは、地球上で最も豊富な生物の中にあり、重要な生態学的役割を果たす。

我々は現在、この効果の原因を理解していないが、塩分レベルと 期間クロック 手掛かりを提供します。 私たちは、汚染物質への曝露は、ミジンコを引き起こすことを知っている 後成的調節 - DNAを変えることなく、遺伝子の機能に影響を与える化学変化。 エピジェネティックな変化は、しばしば漸進的な反応を示し、原因因子が増加するにつれてより顕著になる。 したがって、高い塩分がこれらのエピジェネティックなメカニズムを介して化学変化を誘発している可能性が高い ミツバチ その概日時計の機能を抑制する。

概日時計の混乱の広範な影響

私たちは、環境条件が、多くの種の時計が規制するものに影響を与える可能性があることを知っています。 例えば、真菌が砂糖を変える アカパンカビ 育つ 時計が規制する行動の変化。 しかし、私たちの知る限りでは、この研究は生物の核時計の遺伝子が環境汚染物質に適応することによって直接的に影響を受けることを初めて示したものです。 私たちの発見は、機械時計の歯車が時間とともに腐食するのと同じように、概日時計は環境暴露によって永続的に影響を受ける可能性があることを示唆しています。

この研究には重要な意味があります。 まず、 ダフニアの 概日時計は、ディールの垂直マイグレーションへの参加を規制し、時計を混乱させると、 ミツバチ 水柱で移動しないでください。 ミツバチ 藻類の主要な消費者であり、多くの魚の食物源であり、そのためにその日周期リズムを混乱させる 全体の生態系に影響を与える可能性がある.

第二に、我々の知見は、環境汚染がこれまでに理解されていたよりも人間に及ぼす影響がより広いことを示している。 中の遺伝子とプロセス ダフニアの 時計は人間の時計を調整する時計と非常によく似ています。 私たちの概日リズムは、体温、免疫反応などの生理的パラメータとともに、細胞の機能、分裂および成長に影響する細胞の振動を作り出す遺伝子を制御します。

環境汚染物質が私たちの概日リズムを混乱させるか?人間の概日時計は、多くの身体機能の周期を調節します。 NIHの

これらのリズムが人間で混乱すると、 癌、糖尿病、肥満、心臓病、うつ病および他の多くの疾患。 私たちの研究は、環境汚染物質への暴露が人間の時計の機能を低下させる可能性があることを示唆しています。

会話私たちは私たちの仕事を継続しています。 ミツバチ時計はディールの垂直移動への参加に影響します。 我々はまた、これらの変化の根本的な原因を特定し、それが人間の脳内でどのように起こるかどうか、そしてどのように起こるかを確かめることに努めている。 私たちが見つけた影響 ミツバチ 塩のような単純な物質であっても、生物に非常に複雑な影響を及ぼす可能性があることを示しています。

著者について

ジェニファー・マリー・ハリー(生物科学専攻教授) レンセラー工科大学

この記事は、最初に公開された 会話。 読む 原著.

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