Organismer, inklusive människor, följer ett schema som samordnar viktiga kroppsfunktioner som sömn-vakna cykler, metabolism, hormonproduktion, kognitiv funktion och matvanor till miljöcykler.
Medan de flesta organismer har dygnsrytmer synkroniserade med 24-timmars dag-natt-cykeln, har de också utvecklat andra interna klockor för att passa deras lokala miljöer. Marina djur har utvecklat cirkadiska rytmer, anpassar aktiviteterna till 12,4-timmars tidvattencykeln och kompletterar cirkadiska rytmer.
Forskare från Chiba University har upptäckt att sniglar som lever i nedströms tidvattenområden har biologiska rytmer synkroniserade med tidvattencyklerna, till skillnad från de i icke-tidvattenområden. Denna observation väcker frågan om huruvida dygnsrytmer utvecklas på grund av skillnader i habitat eller orsakas av genetiska variationer mellan populationerna.
Med utgångspunkt i sina tidigare rön avslöjade docent Yuma Takahashi, tillsammans med Dr. Takumi Yokomizo från Chiba University (vid tidpunkten för studien, och för närvarande post-doc forskare vid Center for Ecological Research, Kyoto University), att sötvattenssniglar att leva i tidvattenmiljöer anpassar gradvis sina biologiska rytmer för att synkronisera med tidvattencyklerna.
Studien publicerad i tidskriften Heredity den 27 mars 2024, erbjuder insikter i anpassningsförmågan och potentiell divergens av biologiska rytmer som svar på tidvattenmiljöer.
"Denna studie avslöjade genetiska och icke-genetiska förändringar i biologiska rytmer under anpassning till tidvattenmiljöer i en sötvattenssnigel. Detta resultat kan leda till en förståelse av biologiska klockors roll i anpassningen till rytmisk miljö, vilket är en av de viktigaste problem i kronobiologi", säger Dr. Takahashi.
Forskarna samlade in sötvattensniglar (Semisulcospira reiniana) från tidvatten- och tidvattenområden längs Kisofloden i Japan, 20 km från varandra. Sniglar delades in i två grupper:en utsatt för en vanlig 24-timmars ljus-mörkercykel, medan den andra upplevde en simulerad 12-timmars tidvattencykel, växlande mellan nedsänkning under högvatten och exponering för luft under lågvatten.
Efter en 4-veckors indragningsperiod analyserade forskarna beteendet och genetiska uttrycksmönster hos sniglarna i mörker vid en konstant temperatur på 23°C. Bland sniglarna från icke-tidvattenområden fanns det inga signifikanta skillnader i intensiteten av dygns- och dygnsrytmen mellan de två grupperna. Snäckor från tidvattenområden som exponerades för den simulerade tidvattencykeln visade dock starkare circatidal rytm jämfört med kontrollgruppen.
Intressant nog visade både tidvatten- och icke-tidvattenpopulationerna som exponerades för det simulerade tidvattnet en ökning av antalet cirkadiska oscillerande gener och en minskning av de circadianoscillerande generna (gener som fluktuerar i aktivitet i takt med tidvatten- och dygnscykeln, respektive) . Sniglar som redan hade anpassat sig till tidvattenscyklerna i floderna i sitt tidiga liv hade ett större antal cirkatidala oscillerande gener jämfört med befolkningen utan tidvatten.
Dessa resultat antyder att uttrycksrytmerna för gener som kontrolleras av den biologiska klockan är känsliga för miljöförändringar och kan påverkas av genetiska förändringar som är ett resultat av miljöanpassning.
"Vår studie fokuserade på flexibiliteten hos biologiska klockor och fann deras potential att ändra biologiska rytmer enligt dominerande miljöcykler", säger Dr. Takahashi.
Störningar i biologiska rytmer kan negativt påverka olika fysiologiska processer. Resultaten av denna studie kan förbättra vår förståelse för hur organismer anpassar sig till förändrade miljöförhållanden och visa sig vara värdefulla i behandlingen av kronobiologiska sjukdomar i framtiden.
Mer information: Takumi Yokomizo et al, Plasticitet hos dygns- och dygnsrytmer i aktivitet och transkriptomisk dynamik hos en sötvattenssnigel, Härftlighet (2024). DOI:10.1038/s41437-024-00680-7
Journalinformation: Äftlighet
Tillhandahålls av Chiba University
