Arktiske Egerner Del Circadian Secrets (Video)

{h1}

På trods af seks måneders konstant dagslys kan arktiske egern følge en konstant daglig rutine, som om deres biologiske ur var på autopilot - ved at studere egernene, kan forskere afdække måder at hjælpe mennesker, hvis biologiske ure er slukket k

Charlie Heck, multimedie nyhedsredaktør ved US National Science Foundation, har bidraget med denne artikel til WordsSideKick.com's Ekspert stemmer: Op-Ed & Insights.

Den arktiske jordkværne har udviklet højt specialiserede tilpasninger til ekstreme omgivelser, herunder cirkadiske rytmer ("biologiske klokker"), som fortsætter i hele den arktiske sommer, til trods for næsten konstant dagslys. Dyrets kropsure har udviklet sig til at fungere fint uden hjælp af dag / natcyklus, hvilket også er vigtigt for andre dyr, herunder mennesker. Problemer med cirkadianrytme har været forbundet med spørgsmål som frugtbarhed, fedme og kræft.

For at studere egernes unikke tilpasning henvendte et forskergruppe sig til US National Science Foundation (NSF). Med støtte fra NSF Direktoratet for Biologiske Videnskaber rejste fysiologisk økolog Cory Williams fra University of Alaska, Anchorage, og et team af kollegaforskere til Toolik Field Station i Nord Alaska for at studere den arktiske jordekorrel på sin hjemmebane. En del af feltforskningen indebærer at skifte lys og temperatur til egern, hvilket i det væsentlige giver dem et tilfælde af jet-ben for at måle deres reaktion. [Nulstilling af vores ure: hvordan kroppens lille timekeepers arbejder]

Tilbage i Anchorage arbejder miljøfysiolog og projektleder Loren Buck med egern i hans lab året rundt. Buck siger, at kropsforstyrrelser er forbundet med mange menneskelige lidelser - sæsonbetinget affektiv lidelse, fedme, kardiovaskulær sygdom, Alzheimers og endda kræft. (Denne forskning gennemføres i samarbejde med et team af forskere ved University of Alaska, Fairbanks.)

Nedenfor besvarer Williams spørgsmål om forskningen.

Arktiske jordnekværdier opretholder cirkadiske rytmer i hele den arktiske sommer. Disse egern kommer ikke frem fra deres grav til midt om morgenen og er normalt hjemme ved tidlig aften, selvom det i det væsentlige er et konstant let miljø.

Arktiske jordnekværdier opretholder cirkadiske rytmer i hele den arktiske sommer. Disse egern kommer ikke frem fra deres grav til midt om morgenen og er normalt hjemme ved tidlig aften, selvom det i det væsentlige er et konstant let miljø.

Kredit: Corry Williams, NSF

Charlie Heck: Hvordan kan egernes evne til at tilpasse sig konstant dagslys føre til behandlinger for menneskelige søvnforstyrrelser?

Cory Williams: Vi gennemfører grundlæggende videnskabelig forskning om kapaciteten af ​​arktiske jordekorner for at opretholde medfølgende cirkadiske rytmer under midnatssolen. Så jeg vil gerne understrege, at vores forskning ikke vil føre direkte til behandlingskilder for menneskelige søvnforstyrrelser - men vi ved at menneskelige søvnforstyrrelser og mange andre sygdomme er forbundet med sammenbrud i cirkadisk urfunktion. Vi ved også, at mennesker, der lever ved høje breddegrader, har tendens til at være mere udsatte for søvnforstyrrelser, og at mennesker uden en ydre ur synes ikke at være i stand til at opretholde medfølgende cirkadiske rytmer i løbet af den polære dag (konstant dagslys langt over arktiske kredse).

Hvis du er en aktuel ekspert - forsker, virksomhedsleder, forfatter eller innovatør - og gerne vil bidrage med et op-ed-stykke, mail os her.

Hvis du er en aktuel ekspert - forsker, virksomhedsleder, forfatter eller innovatør - og gerne vil bidrage med et op-ed-stykke, mail os her.

Og alligevel viser vores forskning, at arktiske jordekorner kan opretholde medfølgende cirkadiske rytmer i hele den arktiske sommer. Så et af de store spørgsmål for os er, hvordan kan de gøre det - hvad er mekanismerne involveret? På dette tidspunkt er vi ikke engang sikker på, hvilken miljøkilde de medfører, selv om vi formoder at de er følsomme for subtile variationer i lysets intensitet eller farvetemperatur. Grundlæggende videnskab handler om at afdække disse former for mekanismer. Det kan vi ikke sige helt sikkert, at dette vil medføre særlige behandlinger for forstyrrelser i urfunktionen, men at øge vores forståelse for cirkadisk urfunktion i et dyr, der ikke lider af disse forstyrrelser, er et godt sted at starte.

C.H.: Hvor vanskeligt er arktiske jordekorner at håndtere?

C. W.: De er ikke så dårlige at håndtere. Vi har specialfremstillede håndtasker, som vi bruger i feltet, der vedhæfter vores fælder - når vi åbner fældedøren, går egernen direkte i posen. Vi kan så veje egernene og vedhæfte øremærker gennem maskeåbninger i posen. For noget af det arbejde, vi gør, som ved at fastgøre kraver med radiosender og lys loggers, vil vi bedøve egern, fordi det er mindre stressende for dem - og vi ønsker ikke at blive bidt. Ekorre i laboratoriet har tendens til at være mere aggressive, men vi kan flytte dem hurtigt og nemt mellem kar eller bure enten ved at bære tyk læderhandsker eller ved at give dem et metal eller et PVC-rør til at skjule ind i og derefter flytte hele røret.

C.H.: Vil du helst arbejde med egern på marken eller i laboratoriet?

C. W.: Jeg vil meget hellere arbejde med dem på marken, dels fordi det betyder, at jeg kommer til fantastiske steder, som Toolik Field Station i Northern Alaska. Men også fordi jeg tror, ​​at der er så mange spørgsmål i økologi og fysiologi, som du bare ikke kan svare i laboratoriet. Hvis du vil forstå den økologiske og evolutionære betydning af de fysiologiske eller adfærdsmæssige træk, du er interesseret i, skal du være i marken. Og med forbedringer og miniaturisering af elektroniske loggere kan vi løse mange spørgsmål i frit levende dyr, som vi bare ikke kunne før.Samtidig er der stadig mange spørgsmål, vi ikke kan svare på på området - især når vi begynder at se på nogle af de molekylære og genetiske mekanismer. Så jeg tror altid at kombinere felt- og laboratoriemetoder er den bedste tilgang.

C.H.: Hvorfor dør egernene bare som bjørne?

C. W.: De arktiske grundekorner dvale, men deres dvalefysiologi er forskellig fra store dvale som sort bjørne eller brune bjørne. Denne forskel skyldes hovedsagelig størrelse. Brian Barnes fra Universitetet i Alaska, Fairbanks, som er vores primære samarbejdspartner på vores arktiske jordekornsprojekt, har studeret dyrebjørn i dvaletilstand, og han har vist, at dvaletilbørge undertrykker deres metabolisme (mængden af ​​energi de bruger) til ca. 25 procent af basale (ikke-dvalende) niveauer, mens kropstemperaturen er reguleret mellem 30 grader Celsius og 36 grader Celsius ("normal" kropstemperatur er omkring 37 C til 38 C).

Selv om de energiske besparelsesbjørne er imponerende, ville det ikke være næsten nok til en lille dvale som en jordekorn, fordi små dyr har en meget højere metabolisk hastighed pr. Gram væv. Hvad det betyder er, at små dvaletilkoblere simpelthen ikke kunne lagre nok fedt til at overleve en vinter dvaletilstand med kun dette relativt moderate fald i stofskiftet. Hvilke små pattedyr gør i stedet ind i en fysiologisk tilstand kaldet torpor, hvor de undertrykker deres metabolisme i meget højere grad (så lavt som 2 procent af basale niveauer) og regulerer deres kropstemperatur ved meget lavere temperaturer (så lav som -2,9 C i arktiske jorden egern, den laveste kropstemperatur målt i et pattedyr).

Typisk er kropstemperaturen under torpor tæt på omgivelsestemperaturen, men fordi arktiske jordekorner lever i et så ekstremt miljø, vil deres hibernacula (det sted, der vælges af et dyr til dvaletilstand) være ved temperaturer langt under frysepunktet. De forhindrer sig i at fryse ved at generere varme ved hjælp af et specialorgan kaldet brunt fedtvæv eller BAT. Små pattedyr forbliver ikke torpid (ved meget lav kropstemperatur) i hele dvaletilstanden, men i stedet vil de undergå en ophidselse hver anden til tre uger, hvor deres kropstemperatur vender tilbage til "normale" niveauer i mindre end 24 timer, før de falder tilbage i torpor igen. Denne cyklus fortsætter gennem hele dvaletilstanden.

Med støtte fra US National Science Foundation, Universitetet i Alaska Anchorage fysiologisk økolog Cory Williams (forgrunden, tegning blod fra en egern) og et hold fra universitetet og University of Alaska Fairbanks gik til Northern Alaska for at studere den arktiske grundekorn på dens hjemme torv.

Med støtte fra US National Science Foundation, Universitetet i Alaska Anchorage fysiologisk økolog Cory Williams (forgrunden, tegning blod fra en egern) og et hold fra universitetet og University of Alaska Fairbanks gik til Northern Alaska for at studere den arktiske grundekorn på dens hjemme torv.

Kredit: Cory Williams, NSF

C.H.: Hvad er de næste trin i din forskning?

C. W.: Vores cirkadiske rytmerforskning er stadig i gang. Et af vores store mål er at vurdere, om mesterens kredsløbsur, der er placeret i hypothalamus, fortsætter med at fungere under dybe torpor og de inter-arousals, der opstår under dvaletilstanden. Vores samarbejdspartnere, Brian Barnes (University of Alaska Fairbanks) og Lily Yan (Michigan State University) arbejder på dette spørgsmål lige nu. Vi har også eksperimenter i gang med at undersøge, om fanger i jorden er i stand til at medvirke deres cirkadiske ure til subtile ændringer i lysets intensitet eller farvetemperatur. Lige nu er jeg midt i planlægningen vores næste felt sæson - vi har lette loggers og kropstemperatur loggers indsat på jorden egern på vores feltsider og vi vil genoprette disse loggers, når egernene kommer ud af deres hibernacula i foråret.

Følg alle spørgsmålene og debatterne fra Expert Voices - og blive en del af diskussionen - på Facebook, Twitter og Google+. Synspunkterne er de af forfatteren og afspejler ikke nødvendigvis udgiverens synspunkter. Denne version af artiklen blev oprindeligt udgivet på WordsSideKick.com.


Video Supplement: .




DA.WordsSideKick.com
All Rights Reserved!
Reproduktion Af Materialer Tilladt Kun Prostanovkoy Aktivt Link Til Webstedet DA.WordsSideKick.com

© 2005–2019 DA.WordsSideKick.com