Salting mitaani katika Milwaukee. Michael Pereckas, CC BY-SA 

Kila msimu wa baridi, serikali za mitaa kote Merika zinaomba mamilioni ya tani za chumvi barabarani kuweka barabara zinazoweza kusafiri wakati wa dhoruba za theluji na barafu. Kukimbia kutoka kwa theluji inayoyeyuka hubeba chumvi ya barabarani kwenye vijito na maziwa, na husababisha miili mingi ya maji kuwa na kawaida chumvi nyingi.

Katika Taasisi ya Rensselaer Polytechnic, mwenzangu Rick Relyea na maabara yake inafanya kazi kuhesabu jinsi ongezeko la chumvi linaathiri mifumo ya ikolojia. Haishangazi, wamegundua kuwa chumvi nyingi ina athari hasi kwa spishi nyingi. Pia wamegundua kuwa spishi zingine zina uwezo wa kukabiliana na ongezeko hili la chumvi.

Lakini uwezo huu huja kwa bei. Katika utafiti wa hivi karibuni, Rick na mimi tulichambua jinsi spishi ya kawaida ya zooplankton, Daphnia pulex, hubadilika na kuongezeka kwa kiwango cha chumvi barabarani. Tuligundua kuwa mfiduo huu uliathiri densi muhimu ya kibaolojia: Saa ya circadian, ambayo inaweza kutawala Daphnia's kulisha na tabia za kujiepusha na utabiri. Kwa kuwa samaki wengi huwinda Daphnia, athari hii inaweza kuwa na viboko katika mifumo yote ya ikolojia. Kazi yetu pia inaibua maswali juu ya ikiwa chumvi, au vichafuzi vingine vya mazingira, vinaweza kuwa na athari sawa kwenye saa ya kibinadamu.

Midundo ya kibaolojia ya kila siku na saa ya circadian

Katika kusoma jinsi chumvi ya barabarani inavyoathiri mazingira ya majini, maabara ya Relyea ilionyesha hilo Daphnia pulex unaweza kuzoea kushughulikia ufunuo wastani ndani ya miezi miwili na nusu tu. Viwango hivi vilikuwa kutoka miligramu 15 za kloridi (kitalu cha ujenzi wa chumvi) kwa lita moja ya maji hadi kiwango cha juu cha miligramu 1,000 kwa lita - kiwango kinachopatikana katika maziwa yaliyochafuliwa sana Amerika Kaskazini.

Walakini, uwezo wa kiumbe kuzoea kitu katika mazingira yake pia inaweza kuandamana na biashara hasi. Ushirikiano wa maabara yangu na Rick ulianza katika jaribio la kutambua biashara hizi katika chumvi iliyobadilishwa Daphnia.

In maabara yangu, tunasoma jinsi miondoko yetu ya circadian turuhusu kufuatilia wakati. Tunachunguza jinsi molekuli zilizo kwenye seli zetu zinafanya kazi pamoja ili kuashiria kama saa. Miondoko hii ya circadian inaruhusu kiumbe kutarajia kushuka kwa masaa 24 katika mazingira yake, kama vile mabadiliko kutoka mwangaza (mchana) hadi giza (wakati wa usiku), na ni muhimu kwa usawa wa kiumbe.

Rick na mimi tulidhani kuwa mabadiliko ya chumvi nyingi yanaweza kuvuruga Ya Daphnia midundo ya circadian kulingana na ushahidi wa hivi karibuni unaonyesha kuwa uchafuzi mwingine wa mazingira unaweza kuvuruga tabia ya circadian. Tabia moja muhimu katika Daphnia Kwamba inaweza kudhibitiwa na saa ya circadian ni uhamiaji wima wa dizeli - uhamiaji mkubwa zaidi wa kila siku wa majani Duniani, ambayo hufanyika katika bahari, ghuba na maziwa. Plankton na samaki huhamia chini kwa maji zaidi wakati wa mchana ili kuepukana na wanyama wanaokula wenzao na uharibifu wa jua, na kurudi juu kuelekea juu usiku wakati wa kulisha.

Kwa kuzingatia kile tunachojua juu ya kazi ya circadian, itakuwa mantiki kudhani kuwa kufichua uchafuzi wa mazingira hakuathiri miondoko ya kiumbo. Wakati saa za circadian zinaweza kuingiza habari za mazingira kuelezea wakati wa siku, ziko hivyo kubanwa sana dhidi ya athari nyingi za mazingira.

Ili kuelewa umuhimu wa hii buffering, fikiria kwamba wakati wa urefu wa siku ya kiumbe uliitikia joto la mazingira. Joto huharakisha athari za Masi, kwa hivyo kwa siku za moto wimbo wa saa 24 unaweza kuwa masaa 20, na siku za baridi inaweza kuwa masaa 28. Kwa asili, kiumbe kitakuwa na kipima joto, sio saa.

Kukabiliana na uchafuzi wa mazingira huathiri jeni muhimu za circadian

Kuamua ikiwa kuvuruga saa ni biashara ya kukabiliana na uchafuzi wa mazingira, tulilazimika kwanza kuanzisha hiyo Daphnia inasimamiwa na saa ya circadian. Ili kufanya hivyo, tuligundua jeni katika Daphnia ambazo zinafanana na jeni mbili, zinazojulikana kama kipindi na saa, katika kiumbe ambacho hutumika kama mfumo wa kielelezo cha circadian: Drosophila melanogaster, matunda ya kawaida huruka.

Tulifuatilia viwango vya kipindi na saa in Daphnia, kuweka viumbe kwenye giza la kila wakati ili kuhakikisha kuwa kichocheo cha nuru hakiathiri viwango hivi. Takwimu zetu zilionyesha kuwa viwango vya kipindi na saa tofauti kwa muda na dansi ya masaa 24 - dalili wazi kwamba Daphnia kuwa na saa ya mzunguko wa kazi.

Tulifuatilia pia jeni zile zile katika idadi ya Daphnia ambayo ilichukuliwa na kuongezeka kwa chumvi. Nilishangaa sana kugundua kuwa tofauti za kila siku za kipindi na saa viwango viliharibika moja kwa moja na kiwango cha chumvi Daphnia zilibadilishwa kuwa. Kwa maneno mengine, kama Daphnia ilichukuliwa na viwango vya juu vya chumvi, ilionyesha kutofautiana kidogo katika viwango vya kipindi na saa zaidi ya siku. Hii ilidhihirisha hilo DaphniaSaa ya kweli imeathiriwa na mfiduo unaochafua mazingira.

Daphnia na plankton zingine ni kati ya viumbe vingi zaidi Duniani na hucheza majukumu muhimu ya kiikolojia.

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

Kwa sasa hatuelewi ni nini husababisha athari hii, lakini uhusiano kati ya viwango vya chumvi na kupungua kwa tofauti katika viwango vya kipindi na saa inatoa kidokezo. Tunajua kuwa kufichua uchafuzi wa mazingira husababisha Daphnia kupitia kanuni ya epigenetic - mabadiliko ya kemikali ambayo yanaathiri utendaji wa jeni zao, bila kubadilisha DNA yao. Na mabadiliko ya epigenetic mara nyingi huonyesha mwitikio wa hatua kwa hatua, ikionekana zaidi wakati sababu ya sababu inavyoongezeka. Kwa hivyo, kuna uwezekano kwamba chumvi nyingi inashawishi mabadiliko ya kemikali kupitia njia hizi za epigenetic katika Daphnia kukandamiza kazi ya saa yake ya circadian.

Athari pana za usumbufu wa saa ya circadian

Tunajua kuwa hali ya mazingira inaweza kuathiri kile saa inadhibiti katika spishi nyingi. Kwa mfano, kubadilisha sukari ambayo Kuvu Crassa ya Neurospora hukua mabadiliko ambayo tabia ya saa inasimamia. Lakini kwa ufahamu wetu, utafiti huu ndio wa kwanza kuonyesha kwamba jeni za saa ya kiumbe zinaweza kuathiriwa moja kwa moja na kuzoea uchafuzi wa mazingira. Utaftaji wetu unaonyesha kuwa kama vile gia za saa ya mitambo zinaweza kutu kwa muda, saa ya circadian inaweza kuathiriwa kabisa na athari ya mazingira.

Utafiti huu una maana muhimu. Kwanza, ikiwa Ya Daphnia saa ya circadian inasimamia ushiriki wake katika uhamiaji wa wima wa diel, kisha kuvuruga saa kunaweza kumaanisha kuwa Daphnia usisogee kwenye safu ya maji. Daphnia ni watumiaji muhimu wa mwani na chanzo cha chakula kwa samaki wengi, kwa hivyo kuvuruga midundo yao ya circadian inaweza kuathiri mazingira yote.

Pili, matokeo yetu yanaonyesha kuwa uchafuzi wa mazingira unaweza kuwa na athari pana kwa wanadamu kuliko ilivyoeleweka hapo awali. Jeni na michakato katika Ya Daphnia saa ni sawa na zile zinazodhibiti saa kwa wanadamu. Mitindo yetu ya circadian inadhibiti jeni ambazo huunda kutokwa kwa seli zinazoathiri utendaji wa seli, mgawanyiko na ukuaji, pamoja na vigezo vya kisaikolojia kama joto la mwili na majibu ya kinga.

Saa ya circadian ya binadamu inasimamia mizunguko ya kazi nyingi za mwili. NIH

Wakati miondoko hii inavurugwa kwa wanadamu, tunaona viwango vya kuongezeka kwa saratani, ugonjwa wa sukari, unene kupita kiasi, magonjwa ya moyo, unyogovu na magonjwa mengine mengi. Kazi yetu inaonyesha kuwa yatokanayo na vichafuzi vya mazingira inaweza kuwa inakatisha tamaa kazi ya saa za binadamu, ambayo inaweza kusababisha kuongezeka kwa viwango vya magonjwa.

Tunaendelea na kazi yetu kwa kusoma jinsi usumbufu wa DaphniaSaa inaathiri ushiriki wake katika uhamiaji wa wima wa diel. Tunafanya kazi pia kujua sababu za msingi za mabadiliko haya, ili kubainisha ikiwa hii na jinsi gani inaweza kutokea katika ubongo wa mwanadamu. Athari ambazo tumepata ndani Daphnia zinaonyesha kuwa hata dutu rahisi kama chumvi inaweza kuwa na athari ngumu sana kwa viumbe hai.

Kuhusu Mwandishi

Jennifer Marie Hurley, Profesa Msaidizi wa Sayansi ya Baiolojia, Rensselaer Taasisi ya Polytechnic

Makala hii ilichapishwa awali Mazungumzo. Soma awali ya makala.

Vitabu kuhusiana:

at InnerSelf Market na Amazon