Зародыши рыб передают стресс соседям

Нагрев влияет на генную экспрессию, развитие и популяционную динамику рыб. Особенно чувствительны к температуре зародыши рыб из-за их пониженной термостойкости. Таким образом, период раннего развития — это наиболее уязвимое «бутылочное горлышко», когда речь идет о температурном стрессе. Ответ на абиотический стресс на молекулярном и поведенческом уровне у водных организмов хорошо изучен. Намного меньше известно о химических коммуникациях.

Ученые из Великобритании, авторы нового исследования, предположили, что в ответ на абиотический стресс организмы выбрасывают в окружающую среду так называемые метаболиты стресса, которые, в свою очередь, вызывают стрессовую реакцию в других организмах. Они исследовали этот вопрос на зародышах рыбок данио.

Сначала авторы подтвердили, что нагрев вызывает стрессовую реакцию у зародышей рыб. Для этого они измеряли уровни двух биомаркеров стресса, кортизола и HSP70. Нагрев повышал уровень кортизола на 92% по сравнению с контролем на четвертый день после оплодотворения. Среда, предположительно содержащая метаболиты стресса, не вызывала такой эффект. Уровни HSP70 не менялись.

Далее авторы проанализировали транскриптом зародышей, подвергнутых стрессу. Нагрев вызывал изменение экспрессии 369 генов через день после оплодотворения. Сильнее всего эффект был заметен по генам atp2a1l, crygm2d18 и matn3a. Температурный стресс влиял на развитие эмбриона, ответ на стресс, метаболизм сахаров, аминокислот, пурина и энергетических медиаторов (АТФ и пирувата).

После этого исследователи изучили уже транскриптомы зародышей, на которые воздействовали метаболиты стресса. Ответ был менее выраженный по сравнению с нагревом. Тем не менее, метаболиты изменяли экспрессию 79 транскриптов.

При сравнении двух транскриптомов оказалось, что общими между ними были всего девять генов. Так, в обоих случаях была повышена экспрессия генов, связанных с развитием глаз, иммунной системы, трансмембранным транспортом ионов хлора и клеточной гибелью.

Авторы предположили, что метаболиты стресса меняют то, как зародыши реагируют на нагрев. Совместное воздействие метаболитов стресса и нагрева было похоже на воздействие одного только нагрева. Тем не менее, отличия были. Они позволяют предположить, что метаболиты стресса влияют на чувствительность организмов к стрессу.

Авторы изучили природу стрессовых метаболитов. Для этого они исследовали метаболом среды. Из среды, содержащей нагретые эмбрионы, были выделены 89 метаболитов, которые соотнесли с 658 возможными соединениями. В норме зародыши выпускают аминокислоты, катехолы, пуриновые рибонуклеозидмонофосфаты и дипептиды. Метаболиты стресса были ассоциированы с сероорганическими соединениями и липидами. То есть контрольная среда отличалась от среды, в которой выращивали зародыши под стрессом.

Изучив молекулярный механизм распространения стресса, авторы рассмотрели фенотип животных и их поведение. Нагрев изменял вид зародышей через день после оплодотворения, чего не наблюдалось при воздействии метаболитов. Более того, нагрев влиял на рост зародышей, ускоряя наступление некоторых стадий. Интересно, что в присутствии метаболитов стресса четырехдневные зародыши были длиннее контрольных, чего не наблюдалось при температурном стрессе. Нагрев подавлял реакцию испуга у зародышей; оба воздействия снижали активность зародышей. Таким образом, и нагрев, и метаболиты вызывают реакции стресса, однако они были различны у двух воздействий.

Таким образом, авторы подтвердили, что нагрев вызывает реакцию стресса у зародышей рыбок данио. Зародыши, подвергнутые температурному стрессу, выпускали в среду вещества, влияющие на эмбрионы вокруг них. Влияния нагрева и метаболитов стресса имели общие черты, но также и отличия. Авторы подчеркивают важность изучения вопроса в связи с глобальным изменением климата.

Психосоциальный стресс и цитомегаловирусная инфекция ускоряют старение иммунной системы