Kemiska larmsignaler som upptäcks av en typ av ung sötvattensfisk med ursprung i Centralamerika resulterar i märkbara ökningar i vissa delar av deras hjärnor. Det visar ny forskning från två Concordia-forskare.

Tidningen publicerades i Proceedings of the Zoological Society av Grant Brown, professor i biologi vid fakulteten för humaniora och naturvetenskap, och hans tidigare student Braeden Donaldson, MSc 18. I den skriver de att ungdomar dömer ciklider som upprepade gånger utsätts för högrisklarmsignaler under en period av två veckor har hjärnor som i genomsnitt är 16 procent större jämfört med en lågriskgrupp. Tillväxten, noterar de, är särskilt märkbar i specifika delar av hjärnan:högriskgruppen hade i genomsnitt 20 procent större luktlampor, 21 procent större optiska lampor och 18 procent större hypotalami.

Forskarna fann också att när larmsignalerna togs bort, återgick hjärnorna i högriskgruppen till en storlek som var jämförbar med den som sågs i lågriskgruppen efter 11 dagar.

"Vi vet, baserat på vår tidigare forskning, att vi kommer att observera förändringar i beteendet hos ungfiskar efter 14 dagars exponering för högrisksignaler. Nästa steg var att se vad som hände i hjärnan", förklarar Donaldson, som bedriver nu sin doktorsexamen. vid University of Victoria. "Vi ville se om det fanns ett underliggande neuroplastiskt svar som korrelerar med dessa beteendeförändringar. Vi fann att det fanns."

Den höga kostnaden för neurogenes

Forskarna tilldelade slumpmässigt 86 dagar gamla ciklider till en av två behandlingsgrupper. Varje grupp bestod av fem tankar innehållande stim med 28 fiskar. En grupp exponerades för en lösning gjord av bearbetad hud från avlivade straffångeciklider. Detta ansågs vara högriskgruppen.

Liksom många andra vattenlevande bytesarter släpper dömda ciklider en kemisk signal när deras hud eller underliggande inälvor skadas. Detta fungerar som en pålitlig och ärlig varning om förekomsten av ett predationshot. Den skadade huden bearbetades för att skapa ett extrakt av larmsignal, som framkallar antipredatorbeteende. Högriskgruppen exponerades för detta extrakt tre gånger om dagen i 14 dagar, vilket simulerade närliggande predationshändelser. Forskarna introducerade en liknande mängd - 10 milliliter - destillerat vatten till lågriskgruppen för att kontrollera miljöstörningen. I slutet av 14-dagarsperioden togs hälften av fisken bort från var och en av de 10 tankarna för analys.

De återstående fiskarna förvarades i sina tankar och utsattes inte för ytterligare störningar under ytterligare 11 dagar tills även de togs bort för analys.

Resultaten visade att fiskarnas hjärnor växer när de upprepade gånger utsätts för predationssignaler men återgår när dessa ledtrådar tas bort. Forskarna kan inte avgöra om återgången beror på en avmattning av hjärnans tillväxt eller om det är resultatet av att resten av fiskens kropp kommer ikapp nu när den har extra energi.

"Vi hade förutspått denna vändning eftersom neurogenes - produktionen av neuroner i hjärnan som får den att växa - är energimässigt mycket dyr", säger Brown. Om ett djur inte behöver producera extra nervceller som en överlevnadsmekanism kommer det att använda den energin för att växa i storlek, styrka och sexuell mognad. Detta, hävdar Brown, tyder på reversibel neuroplasticitet. Studien kompletterar arbetet med Brendan Joyce, en Ph.D. student i Browns labb, som har visat liknande hjärnmorfologiska förändringar i vuxen rödbukdace och juvenil atlantlax.

"För tjugo år sedan tittade evolutionsbiologer på beteendebeslut och sa:" Djuret kommer att göra så här eller så. Men det är mer troligt att "djuret kan göra det här eller göra det", beroende på de miljösignaler det får", tillägger Brown. "Variationer i miljön, i tillgång på föda, parning, predation - alla dessa faktorer påverkar och formar hur ett djur allokerar sin energi. Och det är tanken med plasticitet." + Utforska vidare

Guppyhanar växer större hjärnor som svar på exponering för rovdjur – men inte honor