תַקצִיר
כמעטכלהחיותשנחקרועדהיוםיְשֵׁנוֹת。מקובללחשובששינההכרחיתלהישרדות,ובכלזאתתפקודהשינהנותרלאברור。דגימערותמקסיקנייםהסתגלובכמהדרכיםלחייםבמערות,אולםהםגםהתפתחולישוןפחותמדגיםשנמצאיםקרובלפניהמים。הדגיםהאלהשימשומדעניםלחקורכיצדהשינהמבוקרתבתגובהלסביבהשלהחיה。מאמרזהמתארכמהניסוייםשיכוליםלהיערךבאמצעותדגימערותכדילחקורשינה,ומדועהניסוייםהאלהעשוייםלהיותשימושייםלבניאדם。תוצאותהניסוייםהאלהמציעותשהבדליםבשינהמושפעיםעל——ידיחומרשנקראהִיפּוֹקְרֶטִין。ניסויים,כמולמשלאלה,מסייעיםלחוקריםלהביןטוביותרכיצדשינההתפתחהבמשךהזמן,וכיצדלפתחטיפוליםלאנשיםשסובליםמבעיותשינה。
הקדמה
שינההיאהתנהגותכמעטאוניברסליתשנמצאהבחיותהחלממדוזותועדלבניאדם。מדעניםמשתמשיםבאופןקבועבמודליםשלחיותכמוזבוביפירות,דגיזברהועכברים,כמוגםבכליםמתוחכמיםלשנותגֶּנִים,כדילחקורכיצדהמוחמסדיראתהשינה。המחקריםהאלהמצאושגניםונוירונים(תאיעצב)ששולטיםעלשינהדומיםבכלסוגיהחיות,מהשמציעכילשינהישתפקודעתיקשהכרחילהישרדות。למרותהממצאיםהאלה,תפקודהשינהעדייןלאמובןטוב。שאלהמרכזיתעבורמדעניםהיאכיצדשינהמתפתחתבסביבותשונות,ומדועחלקמהמינים,כמופילים,זקוקיםרקלכמהשעותשינהבכליוםבעודשאחרים,כמולמשלארמדיל,ישניםמרביתהיום[1］．
שאלותשלאבולוציהיכולותלהיחקרלעיתיםקרובותעל——ידיזיהויחיותשמראותהבדליםגדוליםמחיותאחרות,כמואלהשצריכותכמויותשינהגדולותמאודאומופחתותמאוד,וחקירתהגניםשממלאיםתפקידבהבדליםהאלה。חיותפשוטות,כמולמשלדגיםקטנים,לעיתיםקרובותמשמשותבמחקרעלהתנהגות,מאחרשהגודלהקטןשלהןמקלעלעריכתהניסוייםהאלה。י阿斯蒂阿纳克斯mexicanus),מועילבמיוחדלחקירתאבולוציהשלהתנהגותמאחרשלחברותשונותשלהדגיםהאלהישהבדליםדרמטייםבהתנהגות,ביחסלדגיםמאותוהמיןשחייםקרובלפניהמיםשלאגמים。הדגיםהאלהקיימיםבלפחות29חברותחסרותעינייםשחיותבמערות,וכדגיםעםעינייםשחייםקרובלפניהמיםביערותבמקסיקוובדרוםטקסס(איור1) [2］．החברותשחיותבמערההןככלהנראהדגיםשחיובעברקרובלפניהשטחונכלאובמערות,מהשהובילבסופושלדברלשינוייםבמראהובהתנהגותשלהם。למרותשהםממערותשונותלגמרי,החברותששוכנותבמערותפיתחוהרבהמאפייניםדומים。חלקמהמאפייניםהאלההםתוצאהשלהבדליםבמבנההמוחוהפעילותהמוחיתשהתפתחוכדילסייעלדגיהמערותלהתמודדטוביותרעםסביבתהמערה。הבדלמענייןאחדביןהחברותששוכנותבמערותלחברותששוכנותקרובלפניהמיםאצלדגימערותמקסיקנייםהואכמותהשינהשלכלאוכלוסייה。דגיהמערותישניםהרבהפחותמהדגיםשחייםעלפניהמים[2］．מאחרשכלהחברותשייכותלאותוהמין,הןחולקותהרבהגֶּנִיםזהים,מהשגורםלכךשלמדעניםקליותרלזהותאתהגניםהמסוימיםשגורמיםלהבדליםביןשתיהחברות。במאמרזה,אנונדוןבאופןשבואוכלוסיותהמערותואוכלוסיותפניהמיםמשמשותלמחקרשלאבולוציהשלשינה,ומדועהמחקרהזהעשוילשפוךאורעלהגניםששולטיםבגוףובהרגליהשינהשלנו。
- 。
- (一)דגימערותודגיםשחייםבפניהמיםנמצאיםבאזורסיירהדהאלאברהבצפון——מזרחמקסיקו。(B)דיגר。גםדגיהמערותוגםהדגיםשחייםבפניהמיםמשתמשיםבפה,באף,ובקוהצידיכדילחושאתהסביבהשלהם。אולםמאחרשלדגיהמערותאיןעיניים,הםנסמכיםיותרעלהחושיםהאלה。(C)דגיםםטקסס。לדגים回绝回绝回绝回绝回绝回绝回绝回绝回绝回绝(D)．Pachon，(E)Molino，(F)洛落羽杉，ו——(G)Tinajaהןחברותמערהשלכולןישעינייםקטנותופיגמנטציהמופחתת,למרותשהןהתפתחובנפרד。נקודותצבעוניותמצביעותעלהמיקומיםשלהמערותשמוצגותב-(一)．
חייםבמערה
ישנםהבדליםברוריםביןנהרותומערותשמאוכלסותעל——ידיהחברותהשונותשלmexicanus。ההבדלהכימובהקאוליהואמחסורבאורבמערות,שהןחבויותמאורהשמש。הטמפרטורההקבועהבמערותוהמחסורבאורשמשמונעיםגדילהשלצמחים,שבאופןרגילמהוויםאתתחתיתשרשרתהמזון。שנימקורותהתזונההעיקרייםבתוךהמערותהםככלהנראהגלליםשלעטלפיםוחומרימזוןשנסחפיםלתוךהמערותבמהלךהצפותעונתיות[3.］．
למחסורישהשפעהמשמעותיתנוספתעלמאכלסיהמערה:עינייםאינןמועילותבמיוחד。אנומאמיניםשכאשרדגיםהתחילולהיכלאבמערות,הדגיםעםעינייםקטנותיותרהצליחולשרודטוביותרולייצרצאצאיםבגללשהעינייםהקטנותסייעולהםלחסוךאנרגיה。אחרידורותרבים,הישרדותםשלדגיםעםעינייםקטנותיותרהובילהבסופושלדברלהתפתחותםשלדגיחסריעינייםתפקודיות[2］．דגימערותמקסיקנייםואורגניזמיםאחריםשאיבדואתעיניהםבאופןהזהנסמכיםעלהחושיםהאחריםשלהםבִּמְקוֹם,כמוריח,טעם,אוחִישָׁהשלזרימתמים。מדעניםתוהיםאםאובדןעיניים,ושינוייםבחושיםאחריםשמלוויםאתאובדןהעיניים,משפיעיםעלכמותהשינהשדגימערותצריכים。
?
ניסויימעבדההראושדגיםשחייםבפניהשטחישניםכ6שעותביממה,בעודשדגימערותישניםפחותמשעתייםביממה(איור2) [4］．?אפשרותאחתהיאשדגימערותהתפתחולישוןפחותכדרךלהתמודדעםמגבלותתזונה。כפישציינוקודם,במערותאיןצמחיםשדגיםיכוליםלאכולוחומרימזוןלאתמידזמיניםשם。שינהפחותהמאפשרתלדגיםזמןרביותרלחפשמזון。דגיקוהצידישלהם,איברחישהמרכזישמְאַתֵּרטֶרֶף,הופךללאתפקודי[5］．הקוהצידימכילמבניםדמויי——שערהשמחבריםלתאיעצבשמאתריםויברציותאוזרימהבמים(באופןדומהלקולטנילחץבעורשלבניאדם),ומעביראתהמידעהזהלמוח。מאחרשהקוהצידינחשבלאיברחישהעיקרישמשמשדגימערהבמציאתמזון,זהתומךברעיוןשזמינוּתשלחומרימזוןמילאהתפקידבאבולוציהשלההבדלהזהבשינה。
- 。
- (一)דגימערותאודגיםשחייםעלפניהשטחממוקמיםבמְּכָלוההתנהגותשלהםנרשמת。הרישומיםהאלהמנותחיםבאמצעותתוכנתמחשבשעוקבתאחריהפעילותשלהדגים。כשהדגיםלאזזיםלפחותבמשךדקהאחת,אנויכוליםלהניחשהםישנים。(B)מדידתהשינהבמהלך24שעותמגלהששינהאצלדגיםשחייםעלפניהמים(בשחור)מופחתתבהשוואהלדגימערותמסוגPachon(כחול)במהלךהיוםוהלילה。החלקהמוצלשלהגרףמראהכשהדגיםנמצאיםבחושך(כדילְדַמּוֹתאתמחזורהיוםוהלילההטבעי)。
יכולתנולהוכיחאתההשׁערההזואולהפריכהּמוגבלתעל——ידימחסורבהבנהשלהסביבההטבעיתשלהדגים。במעבדה,דגיםגדליםבתנאיםקבועיםונשלטיםשהםשוניםמאודמהתנאיםבאגםאובמערה。במעבדה,דגיםנשמריםבמכליםסטנדרטייםעםאורשמסופקלמשך10שעותביממה。בעודששמירהעלשניסוגיהדגיםבאותםהתנאיםהכרחיתעבורהניסוייםבמטרהלהשוותדגימערותודגיםשחייםבפניהמים,ההליךהזהעשוישלאלשקףאתהסביבההטבעיתשלהחיות。בשלהסיבההזו,מדעניםמארגניםמשלחותלמערותכדילאסוףנתוניםעלהאופןשבודבריםכמוטמפרטורהורמותחומרימזוןמשתניםעםהזמן。הניסוייםהאלהקשים,מאחרשהמערותמבוּדדוֹתולעיתיםקרובותקשהלגשתאליהן。כמוכן,מדידתהתנהגותשלשינהבטבעהיאמאתגרתבמיוחד。במשלחתהאחרונה,אספנודוגמיותמיםמכמהמערותואנונשווהאתהדנ”אשבמים,שמְסַפֵּרלנועלהחיותוהצמחיםשחייםבכלמערה。באמצעותהמידעשנלקחממשלחותלמערות,מדעניםיהיומסוגליםלהביןטוביותראתהחשיבוּתשלממצאיהמעבדה,ולעצבניסוייםחדשיםכדילבחוןאתההשפעותשלגורמיםסביבתייםמסוימים,כמוזמינוּתמזוןוטמפרטורה,עלהאבולוציהשלדפוסישינהשוניםבדגימערותלעומתדגיםשחייםבפניהמים。
באילושיטותאנויכוליםלהשתמשכדילחקורשינהבדגימערות?
מדעניםלעיתיםקרובותמזהיםהבדליםבתפקודהמוחבאמצעותדרכיםמתוחכמותשלהתבוננותבמוח。דרך迎新迎新迎新迎新迎新迎新迎新迎新פלוּאוֹרסצנטיוּת,כלומרכימיקליםשפולטיםאור,כדילסמןאזוריםשוניםבמוחשישבהםסוגינוירוניםמסוימים。באופןבסיסי,מדעניםלוקחיםגֶּןפלואורסצנטי(בדרךכללממדוזה)ומשתמשיםבשיטותמיוחדותכדילהפיקאותובסוגיםמסוימיםשלנוירוניםבדגים。השיטההזוגורמתלנוירוניהמטרהלזהורמתחתלמיקרוסקופמיוחד。מדעניםיכוליםלהסתכלעלהבדליםבגודל,בצורה,אובמספרהנוירוניםבדגימערהלעומתדגיםשחייםבפניהמים。סוגיההבדליםהאלהבנוירוניםביןהחברותיכוליםלספקרמזיםעלהאופןשבוהמוחמסדירהתנהגותשלדגים。לדוגמה,השתמשנובסַמָּןפלואורוסצנטיכדילסמןאתתאיהעצבשמייצריםהִיפּוֹקְרֶטִין，מצאנושבמוחותשלדגימערותישיותרנוירוניםשמייצריםאתהפפטידהזהמאשרבדגיםשחייםבפניהמים(איור3) [6］．הממצאיםהאלהמציעיםשהיפוקרטיןהתפתחכדילהפחיתשינהאצלדגימערות。
- איור3 -רמותשלחלבוןקטןבשםהיפורקטין(hcrt)שמונעשינה,גבוהותיותראצלדגימערות。
- (一)כדילמדודרמותהיפוקרטיןבמוח,המוחמוּצָאמחוץלדגואזנחתך。חתיכותהמוחמסומנותבאמצעותכימיקלפלואורוסצנטיכךשהתאיםיוכלולהיראותבאמצעותמיקרוסקופמיוחד。(B, C)השוואתחתיכותמוחשלדגיםשחייםבפניהשטח(B)ושלדגימערות(C)מראהשרמותחלבוןההיפוקרטין(HCRT,בירוק)גבוהותיותראצלדגימערותמאשראצלדגיםשחייםבפניהמים。(D)מספרנוירוניה-HCRTגדוליותראצלדגימערות,וחסימהשלפעילותhcrtבדגימערותגרמהלהםלישוןיותר。חסימתפעילותhcrtבדגיםשחייםבפניהמיםלאהשפיעהעלהשינהשלהם。回绝回绝回绝回绝回绝回绝回绝回绝回绝回绝回绝回绝回绝回绝回绝回绝回绝回绝回绝6］．
מאחרשדגימערותודגיםשחייםבפניהמיםדומיםכלכך,השוואתהגנומים(כלהגנים)שלהםהיאדרךעוצמתיתלזהותגניםשעשוייםלשלוטבהתנהגויותשונות,כמושינה。ברגעשגןמסויםזוהה,מדעניםיכוליםלהשתמשבשיטותמיוחדותכדילמחוק,לשנות,אולהכניסגניםלתוךעובריםשלדגים,במטרהליצורחיותשונותגנטית[7] !לדוגמה,השיטותהאלהשימשולהפחיתאתכמותההיפוקרטיןבמוחותשלדגימערות,מהשהוביללשינהמוגברת[6］．עריכתניסוידומהאצלדגיםשחייםבפניהמים,לעומתזאת,לאיצרההשפעה。הנתוניםהאלהמחזקיםאתהאפשרותשההיפוקרטיןמעורבבהבדליםבשינהביןדגימערותלדגיםשחייםבפניהמים。
מדעניםיכוליםגםלזווגביןדגימערותלדגיםשחייםבפניהמים,כדיליצורדגהיברידישמענייןלחקור。לדגים回绝回绝ל回绝回绝י回绝回绝ר回绝回绝回绝回绝נים回绝回绝回绝回绝ר回绝回绝י回绝回绝回绝回绝נים。באמצעותבחינתכלדגמבחינתשינהוריצוףהגנוםשלו,תהליךשנקראמיפויאתריתכונהכמותית,מדעניםיכוליםלזהותאזוריםשלהגנום(ולפעמיםגניםמסוימים)שמסדיריםשינה[8］．אלדוגמה,םמדעניםבוחנים2000דגיםומרביתהדגיםשלאישניםחולקיםגןמסוים,הגןהזהמזוההכגןשבאופןפוטנציאליתורםלשינה。הגןהזהיכוללהיחקריותרלעומקכדילהביןכיצדהואמשפיעעלשינה。
שיטהעוצמתיתאחרתלחקורשינהבדגימערותהיאסריקתתרופות。דגיםנמצאיםבמיםעםתרופותשונות,כדילנסותלמצואתרופותשיכולותלגרוםלדגיםלישוןיותר。
יחד,השיטותהאלהלחקירתשינהבדגימערותיכולותלסייעלנולהביןמדועדגימערותישניםפחותמדגיםשחייםבפניהמים。בעודשלמדנוהרבהעלהבדלישינהביןשניסוגיהדגיםהאלה,עדייןיֶשְׁנָהּעבודהרבהלעשות!
?
נ。לדוגמה,פיליםישניםרק4 - 3שעותביממה,בעודשעטלפיםחומיםישניםכ-20שעותביממה。אפילוביןבניאדםישנהשונותבשינה,כשחלקמהאנשיםישניםפחותמ5שעות,בעודשאחריםישניםיותרמ-10שעות。למרותהשונותהזאת,נראהשחומריםומנגנוניםשמסדיריםשינהאצלאורגניזמיםשונים,כוללאנשיםודגימערות,הםדומים。היפורקטין,לדוגמה,מקושרלהפרעותשינהאצלאנשים。מסיבהזו,הבנתהאופןשבושינהמוסדרתבדגימערותיכולהלסייעלמדעניםלהביןכיצדשינהמוסדרתבבניאדם。חיותכמודגימערותיכולותלסייעלנולהביןלארקמדועישנםכלכךהרבההבדליםבשינהביןאנשים,אלאגםלהביןאתהמנגנוניםשעומדיםמאחוריבעיותשינהשוֹנוֹת。יתרהמזו,דגימערותיכוליםלשמשלסריקתתרופותכדילבחוןאםהתרופותהאלהעשויותלעבודעבורבעיותשינהאצלבניאדם。
מילוןמונחים
阿斯蒂阿纳克斯Mexicanus:↑דגמיםמתוקיםשנמצאבנהרותמקסיקוובדרוםטקסס。אוכלוסיותעיוורותשלהדגיםהאלהנמצאותבמערותאבןסידבצפון——מזרחמקסיקו。
_ _(侧线)_ _ _(侧线)_ _ _ _(侧线)_ _ _:↑איברשמשמשדגיםלחושאתהסביבהשלהם。ר。כשלחץהמיםסביבלדגמשתנה,המיםהנעיםגורמיםלתאיהשיערהאלהלזוזולשלוחאותותלמוחושלהדג。הדגיכוללהשתמשבמידעהזהכדילקבלתחושהשלהסביבהשלו。
פלואורסצנטיוּת(荧光):↑פליטapi api api api api api api api api api apiר。חלקמהחלבונים,כמואלהשנמצאיםבמדוזות,פולטיםאורכשהםנחשפיםלאורבצבעיםמסוימים。מדעניםהשתמשובחלבוניפלואורסצנטיותכדילסמןתאיםמסוימיםאואזוריםבמוח,ואזצפובתאיםאובאזוריםהאלהמתחתלמיקרוסקופ。
היפוקרטין(食欲素):↑חלבוןקטןשמופרשעל——ידינוירוניםכדילתקשרעםנוירוניםאחרים。。בניאדםוכלביםשמאבדיםאתתפקודההיפוקרטיןמפתחיםהפרעתשינהשנקראתנרקולפסיה。
גנום(基因组):↑。
(数量性状位点):↑עיבודסטטיסטישמקשרביןשינויגנטימסויםלביןתכונה,כמושינהאוגודלהעין。
ינטרסים
המחבריםמצהיריםכיהמחקרנערךבהעדרכלקשרמסחריאופיננסישיכוללהתפרשכניגודאינטרסיםפוטנציאלי。
מאמרהמקור
↑贾嘉德，J. B.，斯塔尔，B. A.，劳埃德，E.，普罗伯，D. A.，杜布埃，E. R.和基恩，A. C. 2018。下丘脑泌素是墨西哥洞穴鱼睡眠缺失进化的基础。eLife7: e32637。doi: 10.7554 / eLife.32637
מקורות
[1]↑西格尔，2005。哺乳动物睡眠功能的线索。大自然。437:1264 - 71。doi: 10.1038 / nature04285
[２]↑格罗斯，J. B. 2012。复杂的起源阿斯蒂阿纳克斯穴鱼。BMC另一个星球。医学杂志。12:105。doi: 10.1186 / 1471-2148-12-105
[3]↑Keene, a.c, Yoshizawa, M, and McGaugh, S. E. 2015。墨西哥洞穴鱼的生物学和进化。马萨诸塞州沃尔瑟姆:爱思唯尔公司
[4]↑Duboué， E. R.，基恩，A. C.和Borowsky, R. L. 2011。洞穴鱼种群睡眠缺失的进化趋同。咕咕叫。医学杂志。21:671-6。doi: 10.1016 / j.cub.2011.03.020
［5］↑贾嘉德，J.，罗宾逊，B. G.，斯塔尔，B. A.，哦，我，马塞克，P.，吉泽，M.等。2017。侧线显示了墨西哥洞穴鱼进化上的睡眠不足。J.实验生物学。220:284 - 93。doi: 10.1242 / jeb.145128
[6]↑贾嘉德，J. B.，斯塔尔，B. A.，劳埃德，E.，普罗伯，D. A.，杜布埃，E. R.和基恩，A. C. 2018。下丘脑泌素是墨西哥洞穴鱼睡眠缺失进化的基础。eLife．7: e32637。doi: 10.7554 / eLife.32637
[7]↑克拉森，H.，王，Y.，亚当斯基，K.，罗纳，N.和科瓦尔科，J. E. 2018。CRISPR诱变证实了oca2在黑色素沉着中的作用阿斯蒂阿纳克斯mexicanus．Dev,杂志。441:313-8。doi: 10.1016 / j.ydbio.2018.03.014
[8]↑吉泽，M.，罗宾逊，B. G.， Duboué， E. R.，马塞克，P.，贾加德，J. B.，奥奎因，K. E.等。2015。独特的基因结构是墨西哥洞穴鱼出现睡眠不足和寻找猎物行为的基础。BMC医学杂志。13:15。doi: 10.1186 / s12915 - 015 - 0119 - 3