환경 오염 물질이 우리의 일주기 리듬을 방해할 수 있습니까?

: By Rensselaer Polytechnic Institute의 Jennifer Marie Hurley

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환경 오염 물질이 우리의주기적인 리듬을 방해 할 수 있습니까? 밀워키 거리를 소금. 마이클 페레 카스, CC의 BY-SA

매년 겨울, 미국 전역의 지방 정부가 신청합니다. 수백만 톤의 도로 소금 눈과 얼음 폭풍우 동안 거리를 항해 할 수 있도록 녹은 눈에서 유출되면 도로 소금이 시내와 호수로 옮겨져 많은 수역에 이상이 생깁니다 높은 염분.

Rensselaer Polytechnic Institute에서 동료 Rick Relyea 그의 연구실은 어떻게 염분의 증가가 생태계에 영향을 미치는지 정량화하려고 노력하고 있습니다. 당연히, 그들은 높은 염분이 많은 종에 부정적인 영향. 그들은 또한 몇몇 종들이 염분의 증가에 대처할 능력이 있음을 발견했다.

그러나이 능력은 가격에 있습니다. 최근 연구에서 Rick과 나는 동물원 플랑크톤의 공통 종, 물벼룩 뽕나무, 도로 소금의 증가 수준에 적응합니다. 우리는이 노출이 중요한 생물학적 리듬에 영향을 미친다는 것을 발견했습니다. 물벼룩먹이감과 포식을 피하는 행동. 많은 물고기를 먹기 때문에 물벼룩,이 효과는 생태계 전체에 파급 효과를 줄 수 있습니다. 우리의 연구는 소금 또는 다른 환경 오염 물질이 인간의 일주기 시계에 유사한 영향을 줄 수 있는지에 대한 질문을 제기합니다.

매일의 생물학적 리듬과 일주기 시계

도로 소금이 수중 생태계에 어떤 영향을 주는지 연구하면서 Relyea 연구실은 물벼룩 뽕나무 적당한 노출을 처리하기 위해 적응한다. 최소 2 개월 반 만에 이 수치는 물 1 리터당 15 밀리그램의 염화물 (빌딩 블록)에서 북미 지역의 오염 된 호수에서 발견되는 수준 인 리터당 1,000 밀리그램의 높은 수치까지 다양합니다.

그러나 환경에서 무언가에 적응하는 유기체의 능력은 또한 부정적인 트레이드 오프를 동반 할 수 있습니다. 연구실과 Rick과의 협력은 소금에 적응할 때 이러한 절충 사항을 식별하기위한 노력에서 시작되었습니다. 물벼룩.

In 내 실험실, 우리는 우리의 일주기 리듬 우리가 시간을 추적하도록 허용. 우리는 우리 세포의 분자가 어떻게 시계처럼 똑딱 거리는 지 조사합니다. 이러한 circadian 리듬은 생물체가 빛 (낮)에서 어두운 (야간) 변화와 같은 환경에서 24-hour 진동을 예상 할 수있게하며, 유기체의 적합성에 필수적이다..

Rick과 나는 높은 염분으로의 적응이 혼란을 일으킬 수 있다고 가정했다. 물벼룩 보행 다른 환경 오염 물질이 혼란을 일으킬 수 있다는 최근의 증거에 기초한 24 시간 리듬 일주기 행동. 에서 중요한 행동 중 하나 물벼룩 그 circadian 시계에 의해 제어 될 수있다. 이다 디엘 수직 이동 - 지구상에서 가장 큰 바이오 매스 이동은 바다, 만 및 호수에서 발생합니다. 플랑크톤과 물고기는 포식자와 태양 피해를 피하기 위해 낮에는 더 깊은 곳으로 이동하고 밤에는 먹이를 먹기 위해 표면으로 돌아옵니다.

우리가 circadian 기능에 대해 알고있는 것을 감안할 때, 오염에 대한 노출은 유기체의 일주기 리듬에 영향을 미치지 않는다고 가정하는 것이 논리적 일 것입니다. circadian 시계는 시간을 알리기 위해 환경 정보를 통합 할 수 있지만, 대부분의 환경 영향에 대해 크게 버퍼링 됨.

이 완충의 중요성을 이해하려면 유기체의 하루 길이가 환경 온도에 반응하는시기를 상상해보십시오. 열은 분자 반응을 가속 시키므로, 더운 날에는 유기체의 24 시간 리듬이 20 시간이 될 수 있고 추운 날에는 28 시간이 될 수 있습니다. 본질적으로 유기체는 시계가 아닌 온도계를 가지고있을 것입니다.

주요한 circadian 유전자에 오염에 대한 적응이 영향을 준다.

시계 방해가 오염 물질 적응에 대한 트레이드 오프인지 여부를 결정하기 위해, 우리는 먼저 물벼룩 circadian 시계에 의해 규율된다. 이를 위해 우리는 물벼룩 두 유전자와 유사합니다. 기간 과 시계, circadian 모형 체계로 봉사하는 유기체에서 : 초파리 melanogaster, 일반적인 과일 파리.

우리는 기간 과 시계 in 물벼룩가벼운 자극이 이러한 수준에 영향을 미치지 않았는지 확인하기 위해 생물체를 일정한 어둠 속에서 유지합니다. 우리의 데이터에 따르면 기간 과 시계 시간이 지남에 따라 24 시간 리듬이 달라 지므로 물벼룩 기능적인 24 시간 시계가 있습니다.

우리는 또한 같은 유전자를 물벼룩 염분 증가에 적응했다. 놀랍게도 우리는 매일의 기간 과 시계 수준이 염분 수준 물벼룩 ~에 적응했다. 즉, 물벼룩 높은 염분 수준에 적응 시키면, 기간 과 시계 하루 이상. 이것은 물벼룩시계는 실제로 오염 물질에 의해 영향을받습니다.

물벼룩과 다른 플랑크톤은 지구상에서 가장 풍부한 생물 중 하나이며 중요한 생태 학적 역할을합니다.

{유튜브}https://youtu.be/ziGtmjiUlJQ{/youtube}

우리는 현재이 효과의 원인을 이해하지 못하고 있지만 염분 수준과 기간 과 시계 단서를 제공합니다. 우리는 오염 물질에 대한 노출이 위험 반응을 일으키는 원인이된다는 것을 알고 있습니다. 후성 유전 조절 - 유전자를 바꾸지 않고 유전자의 기능에 영향을 미치는 화학적 변화. 후 성적 변화는 점차적 인 반응을 보여 주며 원인 인자가 증가함에 따라 더욱 두드러지게 나타납니다. 그러므로, 높은 염분이 이러한 후성 기전을 통해 화학적 변화를 유도 할 가능성이있다. 물벼룩 그것의 circadian 시계의 기능을 억압하기 위하여.

circadian clock disruptions의 광범위한 영향

우리는 환경 조건이 많은 종에서 시계가 조절하는 것에 영향을 미칠 수 있음을 알고 있습니다. 예를 들어, 곰팡이가 변하는 설탕을 바꾼다. Neurospora crassa 자라다 시계가 조절하는 행동의 변화. 그러나 우리의 지식에 따르면,이 연구는 생물체의 핵심 시계의 유전자가 환경 오염 물질에 적응함으로써 직접적으로 영향을받을 수 있음을 최초로 보여줍니다. 기계식 시계의 기어가 시간이 지남에 따라 녹을 수있는 것과 마찬가지로 우리의 발견은 환경 적 노출로 인해 일주기 시계가 영구적으로 영향을받을 수 있음을 시사합니다.

이 연구는 중요한 함의를 가지고 있습니다. 첫째, 물벼룩 보행 circadian 시계는 diel 수직 이동에 대한 참여를 규제하고 시계를 방해하면 물벼룩 물 칼럼에서 이동하지 마십시오. 물벼룩 해조류의 주요 소비자이자 많은 어류의 먹이 공급원이기 때문에 일주기의 리듬을 방해합니다. 전체 생태계에 영향을 미칠 수있다..

둘째, 우리의 연구 결과는 환경 오염이 이전에 이해되었던 것보다 인간에 더 큰 영향을 줄 수 있음을 나타냅니다. 의 유전자와 과정 물벼룩 보행 시계는 인간의 시계를 제어하는 시계와 매우 비슷합니다. 우리의 생체 리듬은 체온과 면역 반응과 같은 생리 변수와 함께 세포 기능, 분열 및 성장에 영향을 미치는 세포 진동을 만드는 유전자를 조절합니다.

환경 오염 물질이 우리의주기적인 리듬을 방해 할 수 있습니까? 인간의 일주 시계는 많은 신체 기능의주기를 조절합니다. NIH

이러한 리듬이 인간에게 방해가되면 우리는 암, 당뇨병, 비만, 심장 질환, 우울증 및 기타 여러 질병. 우리의 연구는 환경 오염 물질에 노출되면 인간의 시계의 기능이 저하되어 질병의 증가를 초래할 수 있다고 제안합니다.

우리는 우리의 작업을 물벼룩시계가 디엘 수직 이동에 참여하는 데 영향을 미친다. 우리는 또한 이러한 변화의 근원을 규명하고 이것이 인간의 두뇌에서 일어날 수 있는지 그리고 어떻게 될 수 있는지를 규명하기 위해 노력하고 있습니다. 우리가 발견 한 영향 물벼룩 소금과 같은 단순한 물질조차도 생물에 매우 복잡한 영향을 줄 수 있음을 보여줍니다.