Forscher untersuchen den Ursprung zirkatidaler Rhythmen bei Süßwasserschnecken

Organismen, einschließlich des Menschen, folgen einem Zeitplan, der wichtige Körperfunktionen wie Schlaf-Wach-Rhythmen, Stoffwechsel, Hormonproduktion, kognitive Funktionen und Essgewohnheiten mit Umweltzyklen koordiniert.

Während die meisten Organismen einen zirkadianen Rhythmus haben, der mit dem 24-Stunden-Tag-Nacht-Zyklus synchronisiert ist, haben sie auch andere innere Uhren entwickelt, die an ihre lokale Umgebung angepasst sind. Meerestiere haben zirkadiane Rhythmen entwickelt, die ihre Aktivitäten an den 12,4-stündigen Gezeitenzyklus anpassen und so den zirkadianen Rhythmus ergänzen.

Forscher der Chiba-Universität fanden heraus, dass Schnecken, die in flussabwärts gelegenen Gezeitengebieten leben, im Gegensatz zu Schnecken in Gezeitengebieten biologische Rhythmen haben, die mit den Gezeitenzyklen synchronisiert sind. Diese Beobachtung wirft die Frage auf, ob sich zirkatidale Rhythmen aufgrund von Lebensraumunterschieden entwickeln oder durch genetische Unterschiede zwischen Populationen verursacht werden.

Aufbauend auf ihren früheren Erkenntnissen enthüllte der außerordentliche Professor Yuma Takahashi zusammen mit Dr. Takumi Yokomizo von der Universität Chiba (zum Zeitpunkt der Studie und derzeit Postdoktorand am Ecological Research Center der Universität Kyoto), dass Süßwasserschnecken in Gezeitenumgebungen leben Sie passen ihre biologischen Rhythmen nach und nach an die Gezeitenzyklen an.

Die in der Fachzeitschrift veröffentlichte Studie Vererbung am 27. März 2024 bietet Einblicke in die Anpassungsfähigkeit und mögliche Divergenz biologischer Rhythmen als Reaktion auf Gezeitenumgebungen.

„Diese Studie zeigte genetische und nichtgenetische Veränderungen im biologischen Rhythmus während der Anpassung an Gezeitenumgebungen in einer Süßwasserschnecke. Dieses Ergebnis könnte zu einem Verständnis der Rolle biologischer Uhren bei der Anpassung an Gezeitenumgebungen führen.“ „Die wichtigsten Probleme der Chronobiologie“, erklärt Dr. Takahashi.

Forscher sammelten Süßwasserschnecken (Semisulcospira reiniana) in Gezeiten- und Nichtgezeitengebieten entlang des Kiso-Flusses in Japan, 20 km voneinander entfernt. Die Schnecken wurden in zwei Gruppen eingeteilt: Eine wurde einem regelmäßigen 24-Stunden-Hell-Dunkel-Zyklus ausgesetzt, während die andere einem simulierten 12-Stunden-Gezeitenzyklus unterzogen wurde, der zwischen Untertauchen bei Flut und Lufteinwirkung bei Ebbe wechselte.

Nach einer vierwöchigen Trainingsperiode analysierten die Forscher das Verhalten und die Genexpressionsmuster der Schnecken im Dunkeln bei einer konstanten Temperatur von 23 °C. Bei Schnecken aus Gezeitengebieten gab es keine signifikanten Unterschiede in der Intensität der zirkadianen und zirkatidalen Rhythmen zwischen den beiden Gruppen. Allerdings zeigten Schnecken aus Gezeitenzonen, die dem simulierten Gezeitenzyklus ausgesetzt waren, stärkere zirkatidale Rhythmen als die Kontrollgruppe.

Interessanterweise zeigten sowohl Gezeiten- als auch Nichtgezeitenpopulationen, die der simulierten Gezeiten ausgesetzt waren, einen Anstieg der Anzahl zirkadian oszillierender Gene und eine Abnahme zirkadian oszillierender Gene (Gene, deren Aktivität je nach Gezeitenzyklus bzw. Tageszyklus schwankt). . Schnecken, die sich bereits früh in ihrem Leben an die Gezeitenzyklen des Flusses angepasst hatten, verfügten über eine größere Anzahl zirkatidaler Oszillationsgene als die nicht-gezeitenabhängige Population.

Diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass die von der biologischen Uhr gesteuerten Genexpressionsrhythmen empfindlich auf Umweltveränderungen reagieren und durch genetische Veränderungen infolge von Umweltanpassungen beeinflusst werden können.

„Unsere Studie konzentrierte sich auf die Flexibilität biologischer Uhren und entdeckte ihr Potenzial, biologische Rhythmen basierend auf vorherrschenden Umweltzyklen zu verändern“, sagt Dr. Takahashi.

Störungen im biologischen Rhythmus können verschiedene physiologische Prozesse negativ beeinflussen. Die Ergebnisse dieser Studie könnten unser Verständnis darüber verbessern, wie sich Organismen an veränderte Umweltbedingungen anpassen, und sich in Zukunft bei der Behandlung chronobiologischer Erkrankungen als nützlich erweisen.