banner
Апр 30, 2020
54 Просмотров

Мы удаляем углекислый газ как отходы. Голые кроты купают в нем свой мозг, чтобы предотвратить судороги.

african naked mole rat

Голые кроты – чрезвычайно странные существа – Исследователи обнаружили, что им не нужно много кислорода, и вместо этого у них возникают судороги, если они не получают достаточно углекислого газа, когда люди дышат, химические вещества выдыхают. Ученые обнаружили, что морщинистые грызуны будут даже искать области, в которые проникли с газом.

Но почему? Оказывается, из-за генетической мутации у голых родинок отсутствует важный переключатель в их мозге, который помогает снизить электрическую активность в органе и, таким образом, предотвратить приступы, согласно новому исследованию, опубликованному сегодня (апрель african naked mole rat. ) в журнале Current Biology . Эта мутация может показаться опасной, но в действительности она позволяет родинке сохранить свои драгоценные запасы энергии. Вместо того чтобы тратить энергию на работу противозадирного переключателя, грызуны полагаются на углекислый газ к держите их мозговую деятельность под контролем.

«Углекислый газ действительно хорошо успокаивает мозг, если не выключает мозг», – говорит автор исследования Дэн Макклоски, доцент кафедры психологии в Городском университете Нью-Йорка. Йорк. Макклоски изучает эпилепсию , неврологическое состояние, характеризующееся рецидивирующими припадками, и считает, что исследование голой родинки крысы могут помочь разгадать загадки, связанные с состоянием здоровья человека.

Связанные с: Экстремальная жизнь на Земле: 8 странных существ

Например, от 2% до 4% детей в возрасте до 5 лет судороги после запуска высокой температуры – явление, известное как фебрильная судорога, согласно медицинскому справочному сайту UpToDate . 2014 опубликовано исследование в журнале EMBO Reports предполагает, что некоторые из этих детей имеют ту же генетическую причуду, что и голые родинки подвержены судорогам в отсутствие углекислого газа.

Хотя для объяснения этой связи потребуются дополнительные исследования, Макклоски сказал, что его исследование на крысах намекает на то, что, кроме того, Для генетики качество воздуха и характер дыхания могут играть важную роль в эпилепсии человека.

«Вероятно, есть люди, идущие по планете … которые более чувствительны к воздуху вокруг них», – сказал Макклоски в прямом эфире. Наука. Дальнейшие исследования того, что провоцирует судороги у голых родинок и что им мешает, могут помочь в проведении будущих исследований на людях, добавил он.

африканские голые кроты собраны в гнезде колонии.

Неожиданное соединение

Итак, как же Макклоски, профессор психологии, связал точки между голой родинкой крысы и дети с эпилепсией?

«Все началось с ежедневного календаря, который я получил от своей невестки», – сказал он.

В апреле 17, 2007, календарь читается ” Знаете ли вы: африканская голая родинка не является ни родиной, ни крысой, а является единственным хладнокровным млекопитающее, что означает, что животное не может регулировать температуру своего тела физиологически, но изменяется в зависимости от окружающей среды. Заинтригованный этим понятием, Макклоски задумался о том, может ли быть сходство между голыми крольчонками, человеческими младенцами и младенцами, которые не могут эффективно регулировать температуру своего тела, как взрослые. Вскоре после этого он начал изучать причудливые существа.

В то время как люди вскоре перерастают свои плохие способности к терморегуляции, обнаженные кроты всех возрастов должны перемещаться по своим гнездам, чтобы поддерживать МакКлоски и его соавторы отметили, что оптимальная температура тела, уход в глубокие подземные условия в самые жаркие часы дня и при необходимости согревание для тепла.

Связанные с: 12 самые странные открытия животных

В дополнение к поиску этой тепловой сладости, грызуны тратят больше, чем 70% времени они проводят в так называемой камере гнезда, где большую часть своего времени проводят голая родинка и самец, по мнению авторов. В камере содержится самая высокая концентрация углекислого газа в гнезде, достигающая 2. 33% от общего атмосферного давления по сравнению с примерно 0,5% в соседних пищевых камерах и всего 0 . 05% в туалетных камерах. Команда разместила две голые колонии крыс в своей лаборатории и смогла влить углекислый газ в разные камеры гнезда, чтобы посмотреть, что произойдет. В ответ на это крысы чаще посещали эти области и даже перемещали свою первичную гнездовую камеру рядом с местом инфузии.

Поведение показало, что голые родинки не только переносят высокие концентрации углекислого газа, но и ищут их. Дальнейшие исследования выявили одну причину: соединение может защищать родинок от судорог.

Углекислый газ в качестве противосудорожного средства

При воздействии горячего воздуха нагревается до примерно 107 градусов Фаренгейт (42 градусов Цельсия), с низкой концентрацией углекислого газа, голые родинки начинают гипервентилировать и захватывать так же, как младенцы во время фебрильного приступа, обнаружили авторы. По словам Макклоски, многие млекопитающие страдают гипервентиляцией при чрезмерном перегреве, поскольку рефлекс выделяет умеренное количество тепла из организма. Гипервентиляция также избавляет организм от углекислого газа, что может быть не лучшим вариантом для голых родинок.

Хотя родинки страдали от судорог в воздухе с низким содержанием CO2, они не захватывали, когда команда использовала горячий воздух с такими же концентрациями углекислого газа (около 2,5%), что и в гнезде камеры. Воздух с высоким содержанием CO2 даже помогал подавлять судороги у родинок, которые были лишены углекислого газа в течение определенных периодов времени, о чем свидетельствуют измерения мозговых волн животных. Тем не менее, некоторые признаки судорог, такие как покачивание головы и подергивание рта, сохранялись на протяжении всего эксперимента. После судорог в воздухе с низким содержанием СО2 кровь родинок также была менее кислой из-за заметной потери углекислого газа.

Взятые вместе, эти выводы свидетельствуют о том, что лишение углекислого газа, а не нагревание, каким-то образом вызвало приступы грызунов. Когда уровень углекислого газа становится низким, их кровь становится слишком простой, то есть менее кислой, «и это вызывает припадки», – сказал Томас Парк, профессор и заместитель заведующего кафедрой биологических наук в Университете Иллинойса в Чикаго, который не был вовлечен в исследование.

Большой вопрос почему.

Чтобы узнать, Макклоски объединился с исследователями из Университета Хельсинки в Финляндии, которые провели 2014 Исследование EMBO Reports. Изучая семью с фебрильными приступами, исследователи из Хельсинки обнаружили редкую мутацию в гене, которая обычно помогает регулировать деятельность мозга. Присоединившись к проекту «Голые кроты», они задавались вопросом, могут ли грызуны скрыть подобную мутацию. Оказывается, они разделяют один и тот же вариант гена.

При мутировании этот ген побуждает клетки мозга создавать дефектную версию KCC2, белка, который обычно перекачивает хлорид из клеток в ответ на определенные сигналы.

Связанные с: 10 странных животных историй 2019

Заряженные частицы, такие как хлорид, который несет отрицательный заряд, перемещаются внутрь и наружу клеток мозга в ответ на различные химические вещества, известные как нейротрансмиттеры. Когда баланс отрицательных и положительных зарядов в ячейке достигает определенного порога, ячейка мозга запускает электрический импульс и отправляет сигнал в соседние ячейки. Во взрослом мозге нейротрансмиттер, называемый ГАМК, контролирует поступление хлоридов в нейроны и из них и обычно работает для подавления электрической активности – ослабления способности мозговых клеток срабатывать. Но у молодых млекопитающих, таких как человеческие дети, а также у юных крыс и мышей, все может работать немного иначе.

Ребенок мозг

В начале развития клетки мозга содержат гораздо более высокую концентрацию хлоридов, чем в мозге взрослого человека, согласно 2019 отчет опубликован в журнале науки . В то же время эти незрелые клетки головного мозга содержат очень мало КСС2, что означает, что они не могут легко избавиться от хлорида. Это накопление хлорида запускает нейромедиатор ГАМК – химическое вещество, которое обычно подавляет слишком большую нервную активность; но в этих незрелых клетках мозга ГАМК может продвигать электрическая активность, сказал Макклоски.

У маленьких детей хлорид «фактически действует скорее как педаль газа, чем как перерыв», что может быть важно к некоторым аспектам раннего развития мозга, сказал он. Хлорид также действует как педаль газа у голых родинок всех возрастов. По его словам, по сути, голые кроты сохраняют «мозг ребенка» на протяжении всей жизни.

Чтобы проверить эту теорию, команда исследовала, как голые родинки будут реагировать на противозадирный препарат диазепам, который повышает активность ГАМК в попытке успокоить клетки мозга. Однако вместо того, чтобы подавлять судороги, препарат «быстро вызывал судороги при инъекции в нормальный воздух при комнатной температуре». Но в воздухе, богатом углекислым газом той же температуры, включался диазепам, как и у других взрослых грызунов: он усыплял родинок.

С помощью углекислого газа ГАМК может подавлять электрическую активность в мозге родинки, несмотря на их генетическую мутацию Сказал Макклоски.

«Они используют побочный продукт, который мы обычно считаем плохим, и они используют его навсегда, Парк добавлен. Обычный насос KCC2 требует достаточного количества энергии для работы, и, учитывая их тесную подземную среду обитания и ограниченное количество пищи, у голых кротов не хватает много энергии. По словам Парка, используя преимущества углекислого газа в своих гнездах, а не постоянно используя насос KCC2, грызуны могут экономить энергию, сохраняя при этом контроль над своей мозговой деятельностью.

Хотя голые родинки используют диоксид углерода для постоянного контроля над припадками, подобная стратегия может помочь пациентам с эпилепсией в краткосрочный. A 2011 исследование , проведенное Хельсинкским университетом, показало, что врачи могут быстро подавлять судороги у пациентов с эпилепсией, имея их вдыхать воздух, состоящий из 5% углекислого газа. Теперь врачи в Финляндии «держат баллончики с CO2 под рукой» для лечения острой эпилепсии, особенно для детей с фебрильными судорогами, сказал Макклоски.

Необходимы дополнительные исследования, чтобы точно определить, как соединение взаимодействует с системой GABA, сказал Макклоски. И голые родинки могут полагаться на больше, чем углекислый газ, чтобы держать припадки в страхе, добавил он. «Нам любопытно, какие другие стратегии используют эти парни» и может ли какая-либо из них перевести на людей, – сказал он.

Помимо здравоохранения, исследование заполняет пропущенную главу в истории эволюции родинок, предполагая, что уникальная социальная структура животных может частично проистекать из необходимости контролировать их припадки, не затрачивая слишком много энергии. Многие другие факторы загнали голых кротов под землю 35 миллионов лет назад, и животные приспособились к своему новому дому все более причудливыми способами , например, никогда не умирать от старости, сказал Макклоски.

«Все эти факторы вместе заставляют задуматься:« Ну, что [adaptations] появилось раньше? »« Парк сказал. «Это загадка, потому что мы не можем вернуться … и понаблюдать за тем, что произошло».

  • 10 Удивительные вещи, которые вы не знали о животных
  • Кошки и ящерицы и обезьяны, о Мои! 9 островов, управляемых животными
  • Странная любовь: 11 Животные с поистине странными ритуалами ухаживания

Первоначально опубликовано Живая наука .

ПРЕДЛОЖЕНИЕ: Сохранить 45% на «Как это работает», «Все о космосе» и «Все об истории»!

В течение ограниченного времени вы можете оформить цифровую подписку на любой из наших самых продаваемых научных журналов всего за 2 доллара США. 38 в месяц или 45% от стандартной цены в течение первых трех месяцев. Посмотреть предложение

Article Categories:
Интересно
banner

Добавить комментарий

102