RAPORT

KORONAWIRUS: MAPY, STATYSTYKI, PORADY

Rybka broni swej wewnętrznej równowagi

Mały, przejrzysty, znacznie od nas „prymitywniejszy”, a z pewnością ewolucyjnie starszy organizm uczy nas, co tam się dzieje w części mózgu najistotniejszej dla naszych podstawowych reakcji obronnych (fot.pixabay.com/ColiN00B)

Co zagraża naszej wewnętrznej równowadze i jak nasz mózg ustala sobie, że zarządzanemu przez niego organizmowi jest za chłodno, za głodno albo toksycznie? Steruje tym struktura zwana podwzgórzem. Wiadomo, że działa z jednej strony jak kawałek mózgu – czyli jako grupa neuronów, a trochę jak gruczoł dokrewny, produkując hormony. Ale co się dokładnie tam wtedy dzieje, gdy warunki stają się nie do życia – nie wiadomo. Na szczęście w laboratorium jest rybka – danio pręgowany.

Neandertalskie dziedzictwo i COVID-19

O naszych nadal mało znanych i jakże mylnie do niedawna postrzeganych „ojcach mniejszych” Neandertalczykach pisałam na tych łamach już nieraz....

zobacz więcej

Nauka uwielbia modele. Czyż na fizyce nie mordowano nas „ciałem doskonale czarnym” albo „punktem materialnym”? Biologia nie lubi pozostawać w tyle, skoro zajmuje się opisem życia, czyli rzeczywistości fizycznej wprawdzie, ale zawzięcie walczącej z wszechobecną kosmiczną entropią.

Pojmowanie zawiłości funkcjonowania życia wymaga żywych modeli, np. bakterii pałeczki okrężnicy (jest niczym ów punkt materialny w fizyce), drożdża piekarskiego czy muszki owocówki Drosophila melanogaster. Po drodze „głowę” po naukowe laury wystawia inny bezkręgowiec, nicień Caenorhabditis elegans. A kręgowce? Nikt nie będzie trzymał w zwierzętarni słonia ani konia, lwy są w ogóle niewskazane. Trzeba by coś prostszego, małego, taniego w utrzymaniu, łatwego w rozmnażaniu… i prostego w obejściu.

Czyli nie zawsze mysz lub szczur to najlepszy pomysł, bo mózg myszy działa jak ludzki: jest bardzo skomplikowany i w strukturze, i w funkcji. Kto ma najprostszy, ale jednak na tym samym planie budowy i co do rozwoju oraz funkcji pokrewny? Anatomia porównawcza dowodzi już od ponad 150 lat, że ryby.

Istnieje maleńka rybka akwariowa, dla której i w laboratoriach stawia się akwaria. W takim nagrodzonym Noblem w 1995 r., u Christiane Nüsslein-Volhard w Tybindze, tych akwariów do badania danio pręgowanego jest, uwaga, 7 tys. Pływają w nich różne opisane przez niemiecką profesor mutanty rozwojowe tej rybki z rodziny karpiowatych, pochodzącej z subkontynentu indyjskiego.

Zastrzyk fitness i odmłodzony mózg

Po co się męczyć? Wstawać codziennie te 15 min wcześniej i się gimnastykować albo iść pobiegać? Rowerek, siłownia, Zamiast ćwiczeń zastrzyk białka...

zobacz więcej

Z powodu zainteresowania wielu badaczy to właśnie danio był w czołówce kręgowców o zsekwencjonowanym genomie. Dziś każdy model ma swoją sekwencję DNA, bo bez tego się już nie da pracować w biologii czy medycynie. Dzięki tej rybce pręgowanej niczym zebra poznajemy jednak nie tylko meandry rozwoju kręgowców, odmienne nieco od bezkręgowców (tu modelem dla tej samej noblistki jest wspomniany wyżej nicień, zresztą „właściciel” tego Nobla dla Nüsslein-Volhard z 1995 r.).

Danio jest idealny dzięki łatwemu rozmnażaniu i szybkiemu cyklowi życiowemu (stadium od jaja do larwy osiąga w okresie krótszym od trzech dni, a dojrzałość płciową w ciągu trzech miesięcy). Dodatkowo ciało na wczesnych etapach rozwoju jest przejrzyste, co pozwala na obserwację narządów wewnętrznych u żywych osobników.

A jeśli chodzi o mózg – jak każda ryba, ma on w zasadzie zero kory mózgowej, czyli da się badać, jak by to ujął Lenin, bazę, bez wnikania w nadbudowę. Ta w organizmach żywych lubi mieszać, bo to – jak nie wyższe instynkty, to świadomość… To może przeszkadzać, zasłaniać niejako podstawowe sedno.

W podwzgórzu mózg działa trochę jak dobrze uporządkowany zespół neuronów, a trochę jak gruczoł dokrewny; nazywamy to aktywnością neuroendokrynną. Nie tylko zatem przewodzi impulsy nerwowe, ale też wytwarza peptydy, czyli krótkie białka, o aktywności hormonalnej.

Antydepresanty w terapii COVID-19

Pół roku minęło, a tu nadal nie ma realnie nic leczącego COVID-19. Króluje terapia eksperymentalna i metaanalizy w poszukiwaniu cudownego leku...

zobacz więcej

Badacze ze Stanford University i University of California w San Francisco postanowili zbadać, jak tam danio pręgowanemu działa podwzgórze. A dokładnie: jego pojedyncze neurony, zebrane w niewielkie grupy. Zwłaszcza gdy rybka musi kontrolować swoje obronne odpowiedzi, bo jej próbują wredni badacze zakłócić spokój wewnętrzny, coś gwałtownie zmieniając w środowisku.

Na podstawowe bodźce środowiskowe (ciepło – zimno, obfitość – brak pokarmu, obecność bardzo szkodliwych substancji) musimy reagować, i to szybko. Organizm dba o swoja homeostazę, czyli trwanie w metabolicznej nirwanie, gdy nic mu nie brak do podstawowego szczęścia. U ludzi to by było zjeść raz dziennie coś gorącego i żeby wystarczyło do pierwszego.

Poważnie rzecz ująwszy, nasz organizm musi utrzymywać temperaturę wewnętrzną ok. 36-37 st. C (rybka toleruje większe wahania, ale marznąć ani gotować się nie lubi), musi być choć minimalnie nawodniony (inaczej odmówią posłuszeństwa nerki i skoczy ciśnienie krwi), dostępna woda nie może być zbyt kwaśna czy zbyt zasadowa, organizm musi być odżywiony (inaczej w komórkach pojawi się stres glukozowy i pojawią się ketony) i mieć tlen do wymiany gazowej i oddychania komórkowego; musi też się wyspać. Z tego przeglądu widać, że większość podstawowych potrzeb organizmu danio z nami dzieli.

Jak piszą na łamach niedawnego „Nature Nuroscience” autorzy badania pod kierunkiem Karla Deisserotha, podwzgórze składa się z wielu różnych grup komórek neuroendokrynnych. Kieruje też wieloma zachowaniami umożliwiającymi zwierzętom przeżycie, w tym odpowiedziami obronnymi na zagrożenia. Jednak związek między tożsamością neuronów (czyli jaki konkretnie peptyd o własnościach hormonu dany neuron produkuje) a ich rolą w zachowaniu pozostaje niejasny.

Mrówki-zapylaczki kontra dymiące krzewy, czyli o układzie odpornościowym owadów

Ewolucja – ten odwieczny mechanizm „robienia sobie ziemi poddaną” przez wszelkie organizmy, tym razem została przyłapana na gorącym uczynku w...

zobacz więcej

Podwzgórze kontroluje działaniem innego bardzo ważnego gruczołu dokrewnego, czyli umieszczonej w nim niczym w kolebce przysadki mózgowej oraz przez nią – innych gruczołów dokrewnych. Między innymi dlatego produkuje multum hormonów peptydowych, a mianowicie: kortykoliberynę (ostatecznie wpłynie na działanie kory nadnerczy), tyreoliberynę (będzie wpływać na tarczycę), gonadoliberynę (będzie wpływać na jajniki i jądra), somatoliberynę, somatostatynę, prolaktoliberynę, prolaktostatynę, melanoliberynę, melanostatynę oraz lepiej znane wazopresynę i oksytocynę.

Badacze amerykańscy zajęli się tym problemem, badając funkcję wielu różnych grup neuronalnych w podwzgórzu danio pręgowanego podczas odpowiedzi obronnych na różnorodne zagrożenia. Trzeba było zbadać aktywność licznych genów w owych grupach neuronów właśnie w takim momencie odpowiedzi ratującej równowagę wewnętrzną organizmu. A to niebanalne, bo trzeba to zrobić tak, aby tę aktywność dosłownie zobaczyć na fotografii.

I cóż dało się zaobserwować? Okazuje się, że populacje neuronów kodujące zachowania pozwalające utrzymać równowagę wewnętrzną w organizmie obejmują wiele nakładających się zestawów klas komórek neuroendokrynnych. Manipulacje różnymi populacjami komórek pokazały, że wiele zestawów tych neuronów odgrywa podobne role behawioralne.

Prosto rzekłszy – te chroniące równowagę wewnętrzną reakcje organizmu są tak niezbędne, że liczne grupy komórek nerwowych jakby oddają na użytek owych reakcji niektóre swoje neurony. Dochodzi do uwspólnienia sił i środków. W wielu miejscach podwzgórza – w każdej z tych funkcjonalnych grup neuroendokrynnych komórek – powstaje jednocześnie wspólny sygnał mobilizujący maleńką rybkę do stosownej reakcji. Dopiero gdy usunąć wszystkie te „świecące” komórki z różnych grup, danio pręgowany przestaje bronić swojej wewnętrznej równowagi, unikając zagrożeń zewnętrznych.

Mały, przejrzysty, znacznie od nas „prymitywniejszy”, a z pewnością ewolucyjnie starszy organizm uczy nas, co tam się dzieje w części mózgu najistotniejszej dla naszych podstawowych reakcji obronnych. I dla naszej wewnętrznej równowagi.

źródło:
Zobacz więcej