شوارع التمليح في ميلووكي. مايكل بيريكاس, CC BY-SA 

في كل فصل ، تطبق الحكومات المحلية في جميع أنحاء الولايات المتحدة ملايين الأطنان من ملح الطريق للحفاظ على الشوارع قابلة للملاحة أثناء العواصف الثلجية والجليد. الجريان السطحي من ذوبان الثلوج يحمل ملح الطريق في الجداول والبحيرات ، ويسبب العديد من المسطحات المائية بشكل غير عادي ملوحة عالية.

في معهد Rensselaer Polytechnic ، زميلي ريك ريليا ويعمل مختبره لقياس مدى تأثير الزيادات في الملوحة على النظم البيئية. ليس من المستغرب ، لقد وجدوا أن ارتفاع الملوحة لديها الآثار السلبية على العديد من الأنواع. اكتشفوا أيضا أن بعض الأنواع لديها القدرة على التعامل مع هذه الزيادات في الملوحة.

لكن هذه القدرة تأتي بسعر. في دراسة حديثة ، حللنا أنا وريك كيف أن الأنواع الشائعة من العوالق الحيوانية الغار برغوثيتكيف مع المستويات المتزايدة من ملح الطريق. وجدنا أن هذا التعرض أثر على إيقاع بيولوجي مهم: الساعة البيولوجية ، التي قد تحكم الغارالسلوكيات التغذوية وتجنب الافتراس. لأن العديد من الأسماك تفترس الغار، قد يكون لهذا التأثير تموجات في جميع النظم البيئية بأكملها. يثير عملنا أيضًا أسئلة حول ما إذا كان الملح أو الملوثات البيئية الأخرى يمكن أن يكون لها تأثيرات مشابهة على الساعة البيولوجية البشرية.

الإيقاعات البيولوجية اليومية والساعة اليومية

في دراسة كيفية تأثير ملح الطريق على النظم البيئية المائية ، أظهر مختبر الريليا ذلك الغار برغوث يمكن التكيف للتعامل مع التعرض المعتدل في أقل من شهرين ونصف الشهر. تراوحت هذه المستويات من مليغرام 15 من الكلوريد (كتلة بناء من الملح) لكل لتر من الماء إلى نسبة عالية من مليغرام 1,000 لكل لتر - وهو مستوى وجد في البحيرات شديدة التلوث في أمريكا الشمالية.

ومع ذلك ، فإن قدرة الكائن على التكيف مع شيء ما في بيئته يمكن أن يقترن أيضًا بمقايضات سلبية. بدأ تعاون معمل مع ريك في محاولة لتحديد هذه المقايضات في تكيف الملح الغار.

In مختبري، ندرس كيف الإيقاع اليومي لدينا تسمح لنا لتتبع الوقت. نحن نحقق في كيفية عمل الجزيئات في خلايانا معًا للتأثير مثل الساعة. وتسمح هذه الإيقاعات اليومية للكائنات الحية بتوقع تذبذبات ساعة 24 في بيئتها ، مثل التغييرات من الضوء (في النهار) إلى الظلام (ليلاً) ، ضروري لملائمة الكائنات الحية.

لقد افترضنا أنا ريك أن التكيف مع ارتفاع الملوحة يمكن أن يعطل الغار ل إيقاعات الساعة البيولوجية استنادا إلى أدلة حديثة تبين أن الملوثات البيئية الأخرى يمكن أن تعطل السلوك اليومي. سلوك واحد مهم في الغار أن يمكن السيطرة عليها من قبل الساعة اليومية هل الهجرة الرأسي دييل - أكبر هجرة يومية للكتلة الحيوية على الأرض ، والتي تحدث في المحيطات والخلجان والبحيرات. تهاجر العوالق والأسماك إلى المياه العميقة خلال النهار لتجنب الحيوانات المفترسة وتلف الشمس ، وتعود إلى السطح ليلاً لتتغذى.

بالنظر إلى ما نعرفه عن الوظيفة الإيقاعية ، سيكون من المنطقي الافتراض أن التعرض للتلوث لن يؤثر على الإيقاع اليومي لأي كائن حي. في حين أن الساعات الإيقاعية يمكن أن تتضمن معلومات بيئية لإخبارها بالوقت من اليوم ، فهي كذلك مخزنة بشكل كبير ضد معظم الآثار البيئية.

لفهم أهمية هذا التخزين المؤقت ، تخيل أن توقيت طول يوم الكائن الحي استجاب لدرجات الحرارة البيئية. تسرع الحرارة من التفاعلات الجزيئية ، لذلك في الأيام الحارة يمكن أن يصبح إيقاع 24-organ الكائن في الساعة 20 ساعة ، وفي الأيام الباردة قد يصبح 28 ساعة. في جوهرها ، فإن الكائن الحي سيكون له مقياس حرارة ، وليس على مدار الساعة.

التكيف مع التلوث يؤثر على الجينات البيولوجية اليومية

ولتحديد ما إذا كان انقطاع الساعة هو مقايضة للتكيف مع الملوثات ، كان علينا أولاً إثبات ذلك الغار يحكمها ساعة يومية. للقيام بذلك ، حددنا الجينات في الغار تشبه جينات اثنين ، والمعروفة باسم فترة و ساعة حائطفي كائن حي يعمل كنظام نموذجي ذبابة الفاكهة الدروسوفيلا، ذبابة الفاكهة المشتركة.

نحن تتبع مستويات فترة و ساعة حائط in الغارالحفاظ على الكائنات الحية في ظلام دامس لضمان عدم تأثير التحفيز الضوئي على هذه المستويات. أظهرت بياناتنا أن مستويات فترة و ساعة حائط تباينت مع مرور الوقت مع إيقاع 24 ساعة - إشارة واضحة إلى أن الغار لدينا ساعة يومية وظيفية.

نحن أيضا تتبع نفس الجينات في مجموعات من الغار التي تكيفت مع زيادة الملوحة. ولدهشتي ، اكتشفنا أن التغير اليومي لـ فترة و ساعة حائط مستويات تدهورت مباشرة مع مستوى الملوحة الغار تم تكييفها ل. وبعبارة أخرى ، مثل الغار التكيف مع مستويات ملوحة أعلى ، أظهروا تباين أقل في مستويات فترة و ساعة حائط على مدار اليوم. هذا أظهر ذلك الغارفي الواقع تتأثر الساعة بالتعرض للملوثات.

تعد برغوث العوالق وغيرها من الكائنات الحية الأكثر وفرة على الأرض وتلعب أدوارًا بيئية حرجة.

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

نحن حاليا لا نفهم ما الذي يسبب هذا التأثير ، ولكن العلاقة بين مستويات الملوحة وانخفاض التباين في مستويات فترة و ساعة حائط يقدم فكرة. نحن نعلم أن التعرض للملوثات يتسبب في حدوث الدفنيا تنظيم جيني - التغيرات الكيميائية التي تؤثر على وظيفة جيناتها ، دون تغيير الحمض النووي. وكثيراً ما تُظهر التغيرات الوراثية اللاجينية استجابة تدريجية ، وتصبح أكثر وضوحاً مع ازدياد العامل السببي. ولذلك ، فمن المرجح أن ارتفاع الملوحة هو إحداث تغييرات كيميائية من خلال هذه الآليات اللاجينية في الغار لقمع وظيفة الساعة اليومية.

التأثيرات العريضة لانقطاعات الساعة اليومية

نحن نعلم أن الظروف البيئية يمكن أن تؤثر على ما تنظمه الساعة في العديد من الأنواع. على سبيل المثال ، تغيير السكر الذي الفطريات العصيباء المبوغة crassa ينمو التغييرات التي تصرفات على مدار الساعة ينظم. ولكن على حد علمنا ، فإن هذه الدراسة هي الأولى التي تظهر أن الجينات في الساعة الأساسية للكائن الحي يمكن أن تتأثر مباشرة بالتأقلم مع ملوث بيئي. تقترح النتائج التي توصلنا إليها أنه مثلما يمكن لمعدات الساعة الميكانيكية الصدأ مع مرور الوقت ، يمكن أن تتأثر الساعة اليومية بشكل دائم بالتعرض البيئي.

هذا البحث له آثار مهمة. أولا ، إذا الغار ل ينظم الساعة اليومية مشاركتها في الهجرة الرأسية دييل ، ثم يمكن تعطيل الساعة يعني ذلك الغار لا تهاجر في عمود الماء. الغار هم مستهلكون رئيسيون للطحالب ومصدر غذاء للعديد من الأسماك ، مما يؤدي إلى تعطيل إيقاعها اليومي يمكن أن يؤثر على النظم البيئية بأكملها.

ثانيًا ، تشير نتائجنا إلى أن التلوث البيئي قد يكون له تأثيرات أوسع على البشر مما كان مفهوما في السابق. الجينات والعمليات في الغار ل الساعة هي مشابهة جدا لتلك التي تنظم الساعة في البشر. تتحكم إيقاعاتنا البيولوجية في الجينات التي تخلق الذبذبات الخلوية التي تؤثر على وظيفة الخلية وتقسيمها ونموها ، إلى جانب المعلمات الفسيولوجية مثل درجة حرارة الجسم والاستجابات المناعية.

تنظم الساعة البيولوجية البشرية دورات العديد من وظائف الجسم. المعاهد الوطنية للصحة

عندما يتم تعطيل هذه الإيقاعات في البشر ، نرى زيادة معدلات السرطان والسكري والسمنة وأمراض القلب والاكتئاب والعديد من الأمراض الأخرى. يقترح عملنا أن التعرض للملوثات البيئية قد يؤدي إلى إضعاف وظيفة الساعات البشرية ، مما قد يؤدي إلى زيادة معدلات المرض.

نحن نواصل عملنا من خلال دراسة كيفية تعطيل الغاريؤثر على مدار الساعة مشاركتها في الهجرة الرأسي دييل. نحن نعمل أيضًا على تحديد الأسباب الكامنة وراء هذه التغييرات ، لتحديد ما إذا كان هذا يحدث في الدماغ البشري وكيف يحدث ذلك. الآثار التي وجدناها في الغار تبين أنه حتى مادة بسيطة مثل الملح يمكن أن يكون لها تأثيرات بالغة التعقيد على الكائنات الحية.

نبذة عن الكاتب

جينيفر ماري هيرلي ، أستاذ مساعد في العلوم البيولوجية ، رينسيلار معهد البوليتكنيك

تم نشر هذه المقالة في الأصل المحادثة. إقرأ ال المقال الأصلي.

كتب ذات صلة:

at سوق InnerSelf و Amazon