Koraller sover också: så här vilar de utan att ha en hjärna

Djurinformation » Insectos » Koraller sover också: så här vilar de utan att ha en hjärna

När vi tänker på sömn tänker vi nästan alltid på... däggdjur, fåglar eller till och med reptilerVi föreställer oss komplexa hjärnor som släcker lampor för att spara energi och reparera skador. Men hur är det med organismer som inte ens har neuroner, som koraller? Upplever de något som ens liknar nattsömn, eller är de ständigt aktiva, dag och natt, som biologiska maskiner?

En nyligen genomförd vetenskaplig studie har skakat om denna idé genom att visa att Koraller "sover" ocksåÄven om de saknar nervsystem och hjärna, är deras vila inte som vår vad gäller synligt beteende (de sluter inte ögonen eller ligger ner, förstås), men på en biologisk nivå följer de en mycket tydlig sömn-vakenhetscykel som innebär djupgående förändringar i deras gener, deras ämnesomsättning och deras förhållande till de mikrober som lever inuti dem.

Koraller sover också: vad exakt har upptäckts

Ett team av Institutet för evolutionär biologi (IBE, gemensamt CSIC-UPF-center) Det har visats att koraller uppvisar ett nattligt vilotillstånd som, vad gäller varaktighet, är mycket likt det som människor upplever. Mer specifikt gäller hjärnkorallen. Pseudodiploria strigosa, en bofast fisk vid de karibiska reven, passerar nära en en tredjedel av dagen i "viloläge", ungefär åtta timmar under natten.

Det verkligt anmärkningsvärda är att detta fenomen inträffar trots att koraller saknar nervsystemDet vill säga, den saknar nervceller eller hjärnstrukturer som koordinerar sömn, vilket sker hos däggdjur eller andra ryggradsdjur. Ändå följer dess celler en väldefinierad dygnsrytm, reglerad av växlingen mellan ljus och mörker, vilket markerar när det är dags att vara aktiv och när det är dags att reparera.

Studien publicerades i tidskriften Cell värd & mikrob och leddes av forskargruppen Javier del Campo, Med Bradley Allen Weiler som första författare. Båda betonar att detta är första gången ett sömn-vakenhetsmönster har dokumenterats så tydligt i djur utan nervsystemoch även under naturliga förhållanden, direkt på revet.

Denna upptäckt ger upphov till en kraftfull idé: Sömn kan vara en mycket gammal evolutionär mekanismDenna process föregår till och med hjärnans uppkomst. Snarare än att vara enbart kopplad till sinnet eller medvetandet, är biologisk vila djupt kopplad till cellulär reparation och upprätthållandet av symbiotiska relationer mellan organismer.

Var och hur studien genomfördes: ett karibiskt rev som laboratorium

För att reda ut om koraller sover reste forskare till levande rev på ön Curaçao, i Karibiska havet. Där valde de ut kolonier av den så kallade "hjärnkorallen", Pseudodiploria strigosa, mycket karakteristisk för sina fåror och vågiga former, och de studerade även dess symbionter, några mikroalger av släktet Breviolum som lever inuti deras celler.

Arbetets utformning var lika enkel att förklara som den var komplex att genomföra: teamet utförde dyker var sjätte timme i tre dagar i radPå ett djup av ungefär fem meter tog de prover av både korallen och dess mikrobiom. På så sätt kunde de täcka hela 24-timmarscykeln och fånga vad som hände vid gryning, middag, skymning och midnatt.

I varje provtagning analyserade de genetiskt uttryckDet vill säga vilka gener som var aktiva i korallen och dess mikrober vid varje tidpunkt på dygnet. Denna metod, känd som transkriptomisk analys, gjorde det möjligt för forskare att se i detalj hur interna biologiska processer förändrades beroende på ljus eller mörker.

Uppgifterna avslöjade en mycket tydligt dag-natt-mönster Hos korallvärden: på natten aktiverades gener relaterade till DNA-reparation, cellunderhåll och skaderespons, medan processer associerade med metabolism och interaktion med fotosyntetiska alger dominerade under dagen.

Weiler sammanfattade resultaten mycket tydligt: P. strigosa "sover" en tredjedel av dagenPrecis som många människor sover runt åtta timmar, bestäms deras biologiska klocka, eller dygnsrytm, starkt av ljus-mörkercykeln, även om det inte finns någon central hjärna som ansvarar.

Koraller och mikroalger: en symbios lika nyttig som farlig

Inuti korallcellerna lever ett samhälle av fotosyntetiska mikroalgerfrämst av genren BreviolumDenna relation är en mutualistisk symbiosBåda organismerna gynnas. Algerna får skydd och näringsämnen, medan korallen får produkter från fotosyntesen, särskilt organiska föreningar som ger den energi.

Under dagsljus utför algerna intensiv fotosyntesDe tillhandahåller till och med det mesta av den energi som behövs för att korallen ska växa, bilda sitt kalkskelett och hålla dess vävnader i gott skick. Detta samarbete är så nära att många koraller inte skulle kunna bygga sina skal utan deras symbionter. stora rev som vi vet.

Denna "uppgörelse" kommer dock med avvägningar. Fotosyntesen producerar, förutom att generera sockerarter och andra näringsämnen, reaktiva syrearterDessa är mycket instabila molekyler som kan skada proteiner, lipider och framför allt DNA i korallceller. Detta är känt som oxidativ stressett tillstånd som, om det lämnas okontrollerat, så småningom skadar vävnaderna.

Forskarna förklarar denna situation med mycket grafiska metaforer: de symbiotiska algerna är som en En utmärkt kock som fyller ditt bord med matMen samtidigt stöter den in i möbler och sönder tallrikar. Korallen får en enorm energifördel, men den lider också av oförutsedda skador som den ständigt måste reparera för att förhindra att förhållandet blir giftigt.

Det är där nattsömnen kommer in i bilden. När solen går ner och fotosyntesen upphör har korallen möjlighet att aktivera reparationsmekanismer utan dagens metaboliska "brus". Det är under denna mörka period som dess interna maskineri fokuserar på att reparera DNA, återuppbygga vävnader och justera balansen med mikrober.

Vad gör koraller och dess mikrober under dagen och på natten?

Studiedata visade att koraller följer en högordnad intern cykeldär varje tid på dagen har sina dominerande biologiska uppgifter. I gryningen, till exempel, upptäcktes en stark ökning av processer relaterade till RNA-metabolism och omstarten av cellaktiviteten efter "reparationernas natt". Det är som om systemet startar upp igen, redo för ytterligare en dag av fotosyntes och intensiv symbios.

Allt eftersom dagen fortskrider och solnedgången närmar sig förändras prioriteringarna. Under denna tidsram observeras variationer i lipid- och aminosyrametabolism, vilket återspeglar hanteringen av energi som produceras av alger och de finjusteringar som behövs för att upprätthålla homeostas i korallvävnaden.

På natten, särskilt mot midnatt, skiftar fokus till generna kopplade till stressreaktioner, mitokondriell organisation och DNA-reparationDetta är den period då korallen går in i ett tillstånd av låg total metabolisk aktivitet, men med stark betoning på att "fixa" cellskador orsakade av dagen.

Medan allt detta händer i värden, den korallmikrobiom Den följer sitt eget skript. Mikroalgerna och andra associerade mikrober slutar fotosyntetisera när det inte finns något ljus, men upprätthåller andra aktiva och stabila cellulära funktionerDe verkar inte behöva lika mycket vila som koraller, eftersom deras nattliga aktivitet inte genererar samma nivå av oxidativ stress.

Denna funktionsuppdelning är nyckeln: korallen vilar och reparerar, medan dess symbionter fortsätter att arbeta i bakgrunden och upprätthåller det mikrobiella samhället. Resultatet är en system som inte stannar heltmen ändrar processernas prioritet beroende på tid på dygnet för att skydda det ömsesidiga förhållandet.

Varför kan vi tala om "sömn" i en organism utan neuroner?

Det kan verka chockerande att använda ordet "sömn" om ett djur som inte ens har centrala nervsystemetSömnbiologin tar dock inte bara hänsyn till synliga beteenden, utan även interna mönster: rytmisk dag-natt-växling, perioder med låg aktivitet, faser dedikerade till reparation, cykliska genetiska förändringar, etc.

När det gäller koraller observeras en nattperiod där den totala aktiviteten är nereMetabolismen omdirigeras mot att reparera skador, och specifika molekylära vägar aktiveras för att återställa DNA som påverkats av oxidativ stress under dagen. Allt detta passar in i en bred definition av sömn som återkommande tillstånd av vila och återhämtning på cellulär och fysiologisk nivå.

Författarna till studien betonar själva att vi ofta tar för givet att bara djur med hjärnor behöver sova eftersom vi förknippar sömn med... medvetande, minne eller drömmarMen i grund och botten är sömn en tid då kroppen omorganiserar sig, reparerar skador och återställer interna processer för att möta nästa aktivitetsperiod.

Ur detta perspektiv passar fallet med koraller mycket bra in: även om det inte finns några neuroner finns det en koordinerad inre rytm som reglerar vilka funktioner som utförs under dagen och vilka som är koncentrerade på natten. Och framför allt finns det en tydlig återställande funktion på natten utan vilken symbiosen med alger skulle bli skadlig.

Därför uppmanar detta arbete oss att vidga vårt perspektiv på vad vi förstår med sömn och att beakta att biologisk vila Det kan ta sig många former, några av dem väldigt annorlunda än vad vi är vana vid att se hos ryggradsdjur.

En mycket gammal evolutionär mekanism för att hantera liv i symbios

Ett av de kraftfullaste budskapen från denna forskning är att sömn kan vara en extremt gammal egenskap i djurlivets historia. Istället för att vara en innovation unik för organismer med hjärnor, skulle den ha framkommit som en strategi för att hantera det slitage som orsakas av daglig aktivitet och i synnerhet av symbiotiska relationer.

Författarna menar att vissa mikroorganismer för hundratals eller till och med miljarder år sedan blev fångade inuti cellerna av mycket primitiva djur, vilket ger upphov till nära samband som det vi ser idag mellan koraller och dess alger. Dessa relationer är inte avsiktliga eller "designade", utan upprätthålls eftersom de existerar. kompromisser och balanser som kompenserar för deras negativa effekter.

I detta sammanhang en cykel av intensiv dagaktivitet och återställande nattsvila Detta hade varit en mycket effektiv lösning: under dagen producerar symbionterna energi, trots att de genererar oxidativ stress; under natten fokuserar värden på att reparera skadan och återställa sin cellulära integritet.

Denna idé stämmer överens med vad man vet om andra organismer: praktiskt taget alla levande varelser, från bakterier till människor, uppvisar någon form av inre rytm som organiserar sina biologiska processer enligt förutsägbara miljöcykler som dag och natt. I den meningen skulle korallvila vara ytterligare en manifestation av denna universella strategi.

Del Campo sammanfattar det med en kraftfull fras: Alla levande varelser behöver reparera sig självaoavsett om de har neuroner eller inte. Att etablera en rytm som underlättar denna reparation är en mycket gammal och oerhört framgångsrik evolutionär taktik, som har gjort det möjligt för komplexa relationer, såsom korallers och mikroalgers, att bestå under geologiska epoker.

Konsekvenser för bevarande av rev och klimatförändringar

Utöver vetenskaplig nyfikenhet, vetskapen om att koraller har sömncykler och nattlig reparation Detta får praktiska konsekvenser vid en kritisk tidpunkt för haven. Korallrev hotas av global uppvärmning, havsförsurning, föroreningar och överfiske, vilket orsakar massiva blekningshändelser och dödlighet.

För att fullt ut förstå korallfysiologiAtt förstå koraller, inklusive deras dygnsrytm och mikrobiomdynamik, är nyckeln till att utforma mer effektiva restaureringsprogram. Många nuvarande projekt odlar koraller i plantskolor eller laboratorier (ex situ) för att sedan återinföra dem i havet, och att reproducera deras naturliga förhållanden innebär också att respektera deras cykler av ljus, mörker och vila.

Om vi ​​vet att koraller behöver en förlängd nattperiod för att reparera oxidativ skada Med tanke på den stress som deras symbionter orsakar under dagen är det klokt att justera belysning, temperatur och andra faktorer i avelsanläggningarna för att inte störa detta "underhållsskifte". Annars kan vi skapa kronisk stress som påverkar deras långsiktiga hälsa.

Dessutom bidrar den här typen av studie till att bättre förstå hur Mikroorganismer påverkar djurs reaktion på klimatförändringarBalansen mellan koraller och symbiotiska alger är extremt känslig: när vattentemperaturen stiger för hög ökar stressen och symbiosen kan brytas ner, vilket leder till korallblekning.

Att förstå interna anpassningsmekanismer, som denna en god natts sömnDetta kan vara avgörande för att identifiera vilka arter eller populationer som kommer att vara mer motståndskraftiga, såväl som för att välja och odla sorter av koraller och symbionter som är bättre anpassade till framtida havsförhållanden.

Omprövning av sömn och symbiotiska relationer i naturen

Upptäckten att koraller sover på sitt eget sätt tvingar oss att ompröva idéer som vi tog för givna om sömn och djurens komplexitetDet påminner oss om att koncept som vi trodde var kopplade till avancerade hjärnor kan ha mycket djupare rötter, kopplade till det enkla behovet av att hålla cellerna friska; sömnrytmer har också beskrivits hos andra marina arter, såsom sjöhästar.

Den fokuserar också på vikten av symbiotiska relationerDessa nära allianser mellan arter upprätthåller ofta hela ekosystem. När det gäller koraller är detta symbios med alger. Breviolum Det är basen för tropiska rev, veritabla undervattensstäder som hyser en enorm biologisk mångfald.

Att se att drömmen om korallen bland annat tjänar till att hålla biverkningar borta Denna symbios öppnar upp ett nytt sätt att tolka andra relationer mellan värd och mikrob, från de som påverkar marina ryggradslösa djur till de bakteriesamhällen som lever i vår tarm.

Detta arbete uppmanar oss, kort sagt, att betrakta sömn som en En tyst pakt mellan organismen och dess mikroskopiska allieradeEn tid av vila där gränserna för en samexistens som medför enorma fördelar, men kräver noggrann hantering av sina kostnader, omförhandlas gång på gång.

Det är fascinerande att de är just de Koraller, stora arkitekter av marina ekosystemDe som lär oss denna läxa. Under sitt orörliga och tysta utseende slår finjusterade biologiska klockor, kapabla att koordinera gener, mikrober och miljöcykler så att symbiosens maskineri varje gryning startar om i planetens blå hjärta.