小型幼鱼可以深入了解温度升高时大脑的反应

当气候变化时，哪些生物存活，哪些死亡?一条小鱼幼鱼令人惊讶地深入了解了温度升高时大脑的反应。生物体，无论是鱼还是人类，随着周围温度的升高，往往会变得不太好。这可能是许多人在一个有点太热的夏日经历过的事情。但是当温度变得令人不舒服的温暖时，身体内部究竟会发生什么?

NTNU生物系的研究人员将基因技术和神经生理学方法结合起来寻找答案。

“我们想研究限制生物体耐热性的机制。当地球温度因气候变化而升高时，哪些动物会幸存下来，为什么?我们选择研究大脑，”安德里亚森说。

气候变化导致热浪

席卷各大洲的热浪正变得越来越普遍，生活在水中的动物正在经历上升到致命水平的温度。了解在极高温度下限制生存的因素对于预测生物体如何应对气候变化至关重要。

“耐热性是一个已经研究了几十年的话题，温度影响大脑活动的想法是一个古老的观点。新的是我们现在可以使用基因技术和神经生理学来研究这种现象，”安德里亚森说。

在特隆赫姆的NTNU，研究人员使用新孵化的斑马鱼幼虫来研究它们的大脑活动，同时逐渐提高幼鱼周围的温度。

“这些鱼已经过基因改造，因此大脑中的神经元在活跃时会发出荧光。当幼虫四处游动时，我们可以在显微镜下看到这种光。这些幼鱼还具有透明的优势.我们可以直接观察活幼虫的大脑，”Andreassen说。

失去反应能力

通过这种方式，研究人员可以跟踪大脑活动，同时逐渐提高鱼游泳的水温。

“我们可以看到幼虫在变暖时的行为。当它开始变得非常温暖时，它们会失去平衡并开始绕圈游动，腹部向上。”

研究人员戳了鱼幼虫以检查它们的反应。他们轻推幼虫的尾巴，这通常会引发游泳反应。

“在一定的温度下，鱼停止对戳的反应。它们还活着，但从生态学意义上讲，它们可以被认为是死的。在这种情况下，在自然界中，它们将无法从捕食者那里游泳或找到他们的方式来获得更冷的水，”安德里亚森说，他补充说，这种情况在小型实验鱼中只是暂时的。

“一旦我们再次将它们放入较冷的水中，它们的状态就会一样好，”安德里亚森说。

热量会关闭大脑

到目前为止，实验已经按照研究人员的预期进行。通过在鱼的眼前照射光线，他们还可以检查大脑是否在感知视觉印象。随着温度的升高，大脑完全停止对刺激作出反应，完全不活跃。但是，当他们再把温度调高一点时，发生了一些事情。

“整个大脑都亮了起来。我能描述我们所看到的最接近的是一种癫痫发作，”安德里亚森说。

通常，您只会在大脑的特定区域以小光点的形式看到大脑活动。现在，惊奇的研究人员可以在显微镜下观察荧光如何在几秒钟内扩散开来，覆盖小鱼幼虫的整个大脑。

“我们知道斑马鱼的大脑与人类大脑有很多共同点——70%的遗传物质是相同的——研究人员推测我们在这些鱼幼虫中看到的和你在发烧儿童的大脑，”安德烈亚森说。

接下来，研究人员希望将一种特殊类型的脑细胞——神经胶质细胞——置于显微镜下。

“我们很高兴在这里研究的是神经胶质细胞在加热过程中的活动。这些细胞在大脑的氧气供应中起着核心作用——它们既检查氧气水平，又调节血流，从而调节氧气供应。因为我们可以看到氧气水平会影响热耐受性，一种假设是大脑停止工作是因为神经胶质细胞不再能够调节氧气水平。”

差异推进进化

为了更仔细地了解发生了什么，特隆赫姆的研究人员开始控制鱼游泳水中的氧气量，同时提高温度。

“令我们惊讶的是，我们发现氧气水平在控制耐热性方面发挥了作用。当我们添加额外的氧气时，幼鱼在高温下表现更好，大脑活动更高，并且从暴露于高温极限中恢复得更快与低氧的鱼相比。

在测试氧气浓度对耐热性的影响时，对其他物种的研究产生了截然不同的结果。

“因此，随着地球温度的升高，对氧气水平的波动“不敏感”可能是一种进化优势。

“研究结果表明，耐热性因物种而异。这可能是决定一个物种是否能够适应气候变化或屈服于温度升高的特征。许多生物体生活在温度低的缺氧环境中。可以很快变得高于正常水平。他们将特别脆弱，“安德烈亚森说。

她以生活在浅淡水区、河流或潮间带的生物为例。

“这些栖息地的氧气水平可能会发生较大波动，通常与温度波动同时发生。在这些栖息地中，耐热性受氧气水平限制的鱼可能比不受氧气水平影响的鱼更挣扎。”

“在低氧水平下设法维持神经功能的动物可能是最能忍受高温的动物，”安德里亚森说。