道路盐和其他污染物是否会扰乱我们的昼夜节律?

作者: 东西数码彩票

道路盐和其他污染物是否会扰乱我们的昼夜节律?

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每年冬天,美国各地的地方政府都会使用  数百万吨的食盐  来保持街道在雪和冰暴期间的通航。融雪产生的径流将路盐带入溪流和湖泊,并导致许多水体具有非常  高的盐度。

在伦斯勒理工学院,(作者: 东西数码彩票)我的同事  Rick Relyea  和他的实验室正在努力量化盐度如何影响生态系统。毫不奇怪,他们发现高盐度对许多物种都有  负面影响。他们还发现,一些物种有能力应对这些盐度增加。

但是这个能力是有代价的。在最近的一项研究中,里克和我分析了浮游动物普通物种Daphnia  pulex如何  适应日益增加的道路盐。我们发现这种接触影响了一个重要的生物节律:生物钟,可能管理着  Daphnia的摄食和捕食行为。由于许多鱼类捕食  水蚤,这种影响可能会在整个生态系统中产生涟漪。我们的工作也提出了关于盐或其他环境污染物是否会对人类生物钟产生类似影响的问题。

每日生物节律和生物钟

在研究道路盐如何影响水生生态系统时,(作者: 东西数码彩票)Relyea实验室表明,  Daphnia  pulex  可以   在短短两个半月内适应处理中度暴露。这些浓度范围从每升水15毫克氯化物(一块积木盐)到每升1000毫克高 – 这是北美高度污染的湖泊中的水平。

但是,生物体适应环境中的某些物质的能力也可能伴随着消极的取舍。我的实验室与Rick’s的合作始于努力确定盐适应性Daphnia的这些权衡  。

在  我的实验室中,我们研究了我们的昼夜节律如何  让我们跟踪时间。我们调查我们细胞中的分子如何一起工作来像钟一样嘀嗒。这些昼夜节律允许有机体预测其环境中的24小时振荡,例如从光照(白天)到黑暗(夜间)的变化,并且对于有机体的适应性是  必不可少的。

里克和我假设, (作者: 东西数码彩票)根据最近的证据显示其他环境污染物可以破坏昼夜节律行为,适应高盐度可能会破坏  水蚤的昼夜节律  。在一个重要的行为  水蚤  是  可以由生物钟控制  是  昼夜垂直迁移  -地球上最大的生物量每天迁移,发生在海洋,海湾和湖泊。白天,浮游生物和鱼类会向下迁移到更深的水域,以避免食肉动物和阳光的伤害,并在晚上背对地面进食。

根据我们对昼夜节律功能的了解,假定接触污染不会影响生物体的昼夜节律是合乎逻辑的。虽然生物钟可以结合环境信息来说明一天中的时间,但它们对大多数环境影响有  很大的缓冲作用。

为了理解这种缓冲的重要性,(作者: 东西数码彩票)设想一个生物体的日长的时间对环境温度有反应。热量加速分子反应,所以在炎热的日子里,生物体的24小时节奏可能会变成20小时,而在寒冷的日子里它可能变成28小时。实质上,有机体会有温度计,而不是时钟。

适应污染影响重要的昼夜节律基因

为了确定时钟中断是否是污染物适应的折衷,我们首先必须确定  Daphnia  是由生物钟控制的。要做到这一点,我们确定了基因  水蚤  类似于两个基因,被称为  周期  和  时钟,在作为一个昼夜模型系统的生物:  果蝇,常见的果蝇。

我们跟踪的级别  周期  和  时钟  的  水蚤,保持在恒定的黑暗中的生物,以确保光刺激并不影响这些水平。我们的数据显示,时段  和  时钟的水平   随着时间的推移而变化,具有24小时的节奏 – 这清楚地表明  水蚤  (作者: 东西数码彩票)具有功能性生物钟。

我们还追踪了 适应增加盐度的Daphnia种群中的相同基因  。令我惊讶的是,我们发现日期  和  时钟  水平的日变化  随着水蚤适应的盐度水平而直接恶化  。换句话说,由于  Daphnia  适应较高的盐度水平,它们 在一天中的时段  和  时钟水平上表现出较小的变化  。这表明  水蚤的钟确实受到污染物的影响。

我们目前不明白是什么导致了这种影响,但盐度水平与时间  和  时间水平变化减少之间的关系   提供了线索。我们知道,接触污染物会导致水蚤进行  表观遗传调节  – 化学变化影响其基因的功能,而不会改变它们的DNA。表观遗传变化通常表现出逐渐的反应,随着致病因子的增加而变得更加明显。因此,高盐度可能通过水蚤中的这些表观遗传机制诱导化学变化   来抑制其昼夜节律钟的功能。

昼夜节律时钟中断的广泛影响

我们知道环境条件会影响许多物种的时钟调节。例如,改变真菌粗糙脉孢菌  生长的糖  会  改变时钟调节的行为。但据我们所知,这项研究首次证明了生物体核心时钟的基因可以通过适应环境污染物而直接受到影响。我们的发现表明,就像机械钟的齿轮会随着时间的推移生锈一样,(作者: 东西数码彩票)生物钟可能会受到环境暴露的永久影响。

这项研究具有重要意义。首先,如果  Daphnia的  生物钟调节其参与die垂直迁移,那么扰乱时钟可能意味着  Daphnia  不会在水柱中迁移。 水蚤  是藻类的主要消费者,也是许多鱼类的食物来源,因此扰乱昼夜节律  可能会影响整个生态系统。

其次,我们的研究结果表明,环境污染对人类的影响可能比先前所了解的更广。Daphnia  时钟中的基因和过程与那些调节人类时钟的基因和过程  非常相似。我们的昼夜节律控制基因,这些基因会产生影响细胞功能,分裂和生长的细胞振荡,以及生理参数,如体温和免疫反应。

当这些节律在人体中被破坏时,(作者: 东西数码彩票)我们看到  癌症,糖尿病,肥胖,心脏病,抑郁症和许多其他疾病的发病率增加。我们的工作表明,暴露于环境污染物可能会抑制人钟的功能,这可能导致疾病发病率增加。

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