Jak Danio Rerio spí?

Biologové z Izraele zjistili, že délka spánku larev zebřičky je regulována množstvím poškození DNA nahromaděného neurony za den. Šest hodin spánku stačilo ke zvrácení tohoto poškození a snížení homeostatického tlaku, který způsobuje, že zvíře chce spát. Článek uveřejněný v časopise Molecular Cell.

Spánek je proces, který je nezbytný pro téměř všechna zvířata od medúz až po člověka. Spánek je regulován cirkadiánními rytmy (cyklické kolísání biologických procesů souvisejících s cyklem dne a noci) a homeostatickým spánkovým tlakem (postupně se zvyšující touhou spát), který je po probuzení minimální a zvyšuje se úměrně s dobou bdění. Množství spánku, které různé druhy potřebují ke snížení tohoto tlaku, se velmi liší. Například noční opice spí 17 hodin denně, dospělý potřebuje 7–8 hodin spánku a divocí sloni asi dvě hodiny. Tento rozdíl vyvolává otázku, jaké mechanismy regulují délku spánku.

Jedním z procesů, které aktivně nastávají během spánku, je oprava DNA. Spánek je pro neurony kritický: jejich aktivita vede k akumulaci poškození DNA a během spánku je pozorováno výrazné snížení úrovně poškození. Před dvěma lety vědci z Bar-Ilan University pod vedením profesora Liora Appelbauma prokázali, že během spánku dochází v neuronech k chromozomálním pohybům, které jsou nezbytné pro efektivnější opravu. Vědci provedli svůj výzkum na larvách zebřiček. Tyto ryby, stejně jako lidé, v noci spí a jejich spánek lze snadno sledovat pomocí EEG.

Tentokrát výzkumný tým Appelbaum studoval, jak poškození DNA ovlivňuje homeostatický tlak a délku spánku, a také zkoumal molekulární opravné mechanismy aktivované během spánku. Vědci opět použili larvy zebřiček, které byly simulovány změnou osvětlení. Mozková aktivita larev byla zaznamenávána po dobu dvou dnů, počínaje prvním dnem ráno. Larvy byly rozděleny do několika skupin s různou délkou spánku první noci. Kontrolní skupina spala první noc 10 hodin a ostatní skupiny byly po určité době probuzeny záblesky světla. Druhou noc k žádnému nedostatku spánku nedošlo. I když zebřičky v noci spí, mozková aktivita odpovídající spánku byla pozorována i během dne. Pokud larvy první noc spaly dvě nebo čtyři hodiny, pak se další den doba denního spánku ve srovnání s kontrolou prodloužila. To znamená, že dvě nebo čtyři hodiny nestačí ke zmírnění homeostatického spánkového tlaku. Ve skupině, která první noc spala šest hodin, k tomuto prodloužení denního spánku nedošlo a autoři dospěli k závěru, že šest hodin je minimální doba potřebná k uvolnění homeostatického spánkového tlaku.

K posouzení úrovně poškození DNA po spánku různého trvání použili vědci γH2AX, marker dvouřetězcových zlomů DNA. Množství poškození DNA bylo hodnoceno během prvního dne, první noci (kdy byly některé skupiny vystaveny spánkové deprivaci) a následujícího dne. Na konci prvního dne došlo k dvojnásobnému poškození DNA než na začátku dne. Ke konci noci se míra poškození v kontrolní skupině vrátila k normálu. Dvouhodinový a čtyřhodinový spánek nesnížil počet poškození DNA: zůstal stejně vysoký jako na konci prvního dne nebo se mírně snížil. Šest hodin spánku zároveň snížilo úroveň poškození DNA na kontrolní úroveň. Šest hodin spánku tedy stačilo nejen ke zmírnění homeostatického spánkového tlaku, ale také k odstranění poškození DNA nahromaděného během dne.

Protože oprava poškození DNA závisela na tom, jak dlouho larvy spaly, rozhodli se vědci otestovat, zda množství nahromaděného poškození ovlivnilo délku spánku. K vyvolání poškození DNA biologové použili pentylentetrazol (PTZ), stimulátor neuronální aktivity. Délka spánku byla definována jako počet minut v každé hodině, během kterých EEG vykazovalo vlny charakteristické pro spánek s pomalými vlnami. Bezprostředně po přidání PTZ se délka spánku a hladiny γH2AX v neuronech zvýšily, přičemž úrovně poškození DNA se vrátily na kontrolní úrovně tři hodiny po přidání PTZ a doba spánku se vrátila po pěti.

Aby se zajistilo, že prodloužení doby spánku bylo způsobeno poškozením DNA a nikoli vedlejšími účinky PTZ, biologové navíc použili ultrafialové světlo. Po ultrafialovém ozáření se zvýšila úroveň poškození DNA a délka spánku. Skutečnost, že ultrafialové světlo nestimuluje neurony, byla ověřena hladinou fosforylované formy ERK kinázy, hlavního markeru neuronální aktivity. Po UV ozáření nedošlo k žádné změně hladin p-ERK, což znamená, že všechny pozorované účinky byly způsobeny poškozením DNA.

Autoři navrhli, že signálem pro spánek by mohla být nejen akumulace poškození DNA, ale také aktivace opravných enzymů. Jedním z proteinů zapojených do opravy je PARP1. Rozpoznává poškození DNA a přitahuje další proteiny do místa zlomu. Biologové studovali kolísání hladin PARP1 během cyklu spánek-bdění a zjistili, že hladiny PARP1 se během dne zvyšovaly a v noci snižovaly. Pokud došlo ke spánkové deprivaci, byly hladiny PARP1 následující ráno vyšší než v kontrolní skupině. Aby otestovali, zda množství PARP1 ovlivňuje délku spánku, vytvořili biologové linii zebřičky se zvýšenou expresí genu. PARP1 a řádek, ve kterém je výraz PARP1 byla snížena. Délka spánku nadměrně exprimujících larev PARP1 zvýšil, zatímco larvy se sníženou expresí se snížily.

Kromě aktivity PARP1 biologové pozorovali aktivitu dalších opravných enzymů. K tomu použili transgenní linie zebrafish, ve kterých byl fluorescenční protein GFP připojen k proteinům Rad52 (zodpovědný za homologní rekombinaci) a Ku80 (zodpovědný za opravu dvouřetězcových zlomů). Hladiny fluorescence Ku80 a Rad52 byly nízké během dne, ale významně se zvýšily v noci. Pokud došlo ke spánkové deprivaci, hladiny Ku80 a Rad52 zůstaly nízké ihned po probuzení a k normálu se vrátily až následující noc po 8–9 hodinách.

Spánek je důležitý fyziologický proces a poruchy spánku typicky ovlivňují celé tělo. Například i jedna bezesná noc zvyšuje hladinu úzkosti a také zvyšuje množství proteinu tau v krvi, markeru Alzheimerovy choroby.

Zdá se, že ryby v akváriu nikdy nespí a dokonce ani neodpočívají: jsou neustále v pohybu. Ale žádný živý organismus nemůže existovat bez spánku. Rybí spánek má však své vlastní vlastnosti, s vědomím, že bude snazší nejen založit akvárium a vybrat sousedy, ale také poskytnout maximální pohodlí vašim mazlíčkům. V tomto článku vám řekneme, jak ryby spí v akváriu a jak pochopit, že obyvatel akvária spí.

Ryby spí v noci i ve dne

Rybí spánek se výrazně liší od lidského. Důvodem jsou zvláštnosti jejich stanoviště: ryby si nemohou dovolit odpojit se od okolní reality – je důležité rychle reagovat na blížící se nebezpečí nebo kořist. Proto nikdy neupadnou do stavu hlubokého spánku – mozek zvířete pracuje neustále. K tomu dochází v důsledku střídavé aktivity jejích hemisfér, což umožňuje rybě zůstat při vědomí. V noci nemusí nutně spát, vše závisí na druhu a vlastnostech jeho životní aktivity: některé ryby jsou aktivní během denního světla, jiné – za tmy. Proto je důležité pro ně vytvořit vhodné podmínky:

• poskytnout místo pro úkryt;
• vybrat si správné sousedy, aby se jejich režimy shodovaly;
• V noci vždy vypněte světla.

Ryby, stejně jako lidé, navíc nemají rády, když je jejich klid narušován.

Fotografie, jak vypadají spící jedinci

Spící ryby je těžké rozpoznat, protože nezavírají oči.. Je to dáno absencí očních víček, která prostě nepotřebují – voda už čistí povrch očí.

Tato vlastnost konstrukce však nezasahuje do odpočinku: v noci je docela tma a během dne je vždy místo, kam proniká malé množství světla.

Zvenčí to vypadá, jako by se ryby jednoduše unášely ve vodě. a sotva znatelně pohupují ploutvemi a ocasem. Ale jakmile uděláte náhlý pohyb nebo rozsvítíte světlo, aktivita v akváriu se okamžitě obnoví. Na fotografii můžete vidět, jak ryby spí:

Existuje zimní nebo letní hibernace?

Někdy se některá plemena ryb mohou dostat do stavu podobného hibernaci. ― stejný spánek, ale delší (až několik měsíců) a hlubší. V této době se všechny fyzikální procesy v jejich těle velmi zpomalují a sami vodní obyvatelé zamrzají ve vodním sloupci nebo se usazují na dně.

Hibernace je velmi důležitá, protože díky ní mohou ryby v létě snášet vedra, sucho, dehydrataci a další nepříznivé podmínky.

Například v Africe byl objeven druh ryby, který kolem sebe dokáže vytvořit bahenní zámotek a schovávat se v něm na několik měsíců. Obyvatelé akvárií takovou potřebu nemají, ale v případě ohrožení života jsou schopni i na dlouhou dobu usnout. Hibernace je typičtější pro obyvatele přírodních vodních ploch. Když nastane chladné počasí, ryby se schovávají na odlehlých místech nebo jdou hlouběji. Poté kolem sebe vytvoří zámotek slizu, který je ochrání před bacily a predátory, načež se ukládají na celou zimu k zimnímu spánku.

kde to dělají?

Obyvatelé akvária spí různými způsoby, ale existuje jeden společný rys – jejich aktivita se stává minimální. Některé ryby jednoduše „visí“ ve vodě, jiné se drží listů nebo větví rostlin. Jsou i tací, kteří si udělají větší pohodlí na bocích nebo na břiše, klesají ke dnu. Jsou i tací, kteří rádi spí s břichem vzhůru, zmrzlí hlavou dolů a dokonce zahrabaní v písku. To závisí především na přítomnosti plaveckého měchýře, tedy orgánu, který obsahuje vzduch a umožňuje rybám vystoupit na hladinu vody, zůstat v její tloušťce nebo klesnout ke dnu. Obyvatelé akvária tak mají možnost setrvat v určité hloubce i během spánku. Ne všechny ryby však mají plavecký měchýř., což znamená, že potřebují být neustále v pohybu, aby neleželi na dně. Zdálo by se to jako dobrá volba, ale žábry takových jedinců jsou navrženy tak, že mohou přijímat kyslík pouze pohybem. Ryby jsou proto nuceny se pohybovat i ve spánku nebo si nacházet místa se spodním proudem, který jim samy vymývá žábry. Mezi akvarijními rybami je jich málo – sekavci, ancistrus a sumci.

Při zakládání akvária se musíte postarat o místa na spaní: zasadit řasy, uspořádat figurky, dát naplavené dřevo a kameny.

„Zavěšení“ ryby v podivné poloze může být spojeno nejen se spánkem, ale také s nemocí. Proto, když je takové chování pozorováno u domácího mazlíčka poprvé, je lepší zaklepat na sklo v jeho blízkosti a pozorovat reakci. Pokud se vrátí ke svým běžným činnostem, je vše v pořádku.

Vliv na kompatibilitu různých druhů

Po prostudování chování akvarijních ryb je vědci rozdělili do 2 kategorií:

• soumračný – kdo dobře vidí ve tmě, tak v noci loví a ve dne odpočívá;
• světlomilný – ti, kteří jsou aktivní během dne.

Zástupci první kategorie jsou převážně dravci. Při výběru ryb do akvária je důležité vědět, do jakého typu patří, protože zástupcům skupin by nemělo být dovoleno být blízko sebe. Důvodem je:

• neslučitelnost postav – predátoři prostě začnou jíst okrasné ryby;
• skutečnost, že soumrakové ryby jsou nepohodlné při jasném osvětlení, které je nezbytné pro ryby milující světlo;
• nesoulad mezi spánkem a odpočinkem, který vyvolá onemocnění – obyvatelé akvária se budou neustále navzájem zasahovat.

Akvárium s tmavými rybami potřebuje velké množství hustých řas, kde se mohou schovat a odpočívat.

Zajímavá fakta

Několik zajímavých faktů o rybách, rybách a spánku:

1. Papoušci mají „noční pyžamo“ – před spaním si kolem sebe vytvoří zámotek hlenu. Předpokládá se, že taková bublina je navržena tak, aby je chránila před predátory: maskuje zápach a v případě útoku dává oběti čas se probudit a reagovat.
2. Žraloci nemají vzduchový měchýř, takže se přizpůsobují různě, aby mohli spát. Takto spí žralok Katran při pohybu – za pohyb je zodpovědná jeho mícha. Jiní žraloci neustále otevírají a zavírají tlamu, když odpočívají, což umožňuje, aby se voda pohybovala kolem jejich žáber.
3. Pokud se rybě nedaří spát, pak se snaží při první příležitosti odpočinek vynahradit.
4. Když jsou ryby ve stresu, mohou trpět nespavostí.

Související videa

Toto video vám řekne, jak ryby v noci spí v akváriu:

Závěr

Znalosti o zvláštnostech spánku ryb pomohou majitelům akvárií zorganizovat správný a úplný odpočinek pro jejich mazlíčky.a také vám umožní pochopit některé rysy jejich chování. A na oplátku za projevenou péči budou ryby déle těšit majitele zdravím a aktivitou.