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CO2 and the ink-credible squid brain

Personnel Image

写的

Mykala莱特

大学

大学 of 科学 and Engineering

发布日期

2022年3月14日

Related Study Areas

Considering the chemistry

据官方统计,地球大气中的二氧化碳含量达到了历史最高水平, and it’s showing no signs of slowing. JCU的博士生乔迪·托马斯说,这可能会给海洋中一些最小的头足类动物带来麻烦.

排放到大气中的多余二氧化碳约有四分之一被海洋吸收. 在这个过程中,发生了一系列的化学反应,水变得更酸. 这对美高梅app一些最敏感的海洋物种来说是个问题,因为 ocean acidification can impact their ability to build shells and skeletons or even their capacity to detect and avoid predators.

乔迪将她的两大爱好——动物学和神经科学——结合起来,研究海洋化学的变化如何影响双色调侏儒乌贼的神经系统。Idiosepius pygmaeus). 地幔最长可达两厘米, 双色调侏儒乌贼是一种头足类动物,其特征是体积小和寿命短.

“此前的研究表明,高浓度的二氧化碳会导致鱿鱼的行为发生变化. 我的研究着眼于神经系统中导致行为在二氧化碳浓度增加时发生变化的机制,”乔迪说.

“对我来说,这项研究是我的两个学科的完美交叉. 它允许我使用各种各样的技术, 从动手实验和分子实验室工作到计算机生物信息学和随后的统计分析.”

JCU博士生Jodi Thomas的头像.
水箱中两种色调的侏儒乌贼的特写图片. 这种小鱿鱼的皮肤是半透明的,上面有黑色斑点.
Left: 博士学位 Student Jodi Thomas. Right: A two-toned pygmy squid. Supplied by Jodi Thomas

The highway to hyperactivity

尽管有新的和正在进行的减排努力, 气候模型预测,在本世纪的剩余时间里,二氧化碳排放量将继续上升, 最终达到会对海洋生物产生广泛影响的水平.

For her research, 乔迪将鱿鱼放入了目前二氧化碳水平的海水中,并预测了未来的二氧化碳水平.

“我把乌贼放在不同的二氧化碳水平下7天,我监测了在更高的二氧化碳水平下发生的任何行为变化. 7天是一个相对较短的时间, 但此前的研究表明,在接触二氧化碳后的至少5天内,行为会发生变化,”她说.

”也, 这种两种色调的侏儒乌贼的寿命约为90天, 所以7天是它们生命中相当大的一部分.”

乔迪发现,暴露在高浓度的二氧化碳中会导致鱿鱼的行为发生变化, namely they became increasingly active.

“我测量了三种类型的活动:乌贼移动的时间, 它们移动的总距离和它们移动的平均速度. 所有这些都表明,在更高水平的二氧化碳中会增加,”她说.

乔迪还研究了二氧化碳的增加是否以及如何影响鱿鱼之间的互动方式.

“我把鱿鱼放在一个水箱里,水箱的一整面墙都有一面镜子,这样它们就能看到自己的镜像. But they don’t really recognise themselves; they see the mirror image as though it’s another squid,”她说. “我分析了鱿鱼与镜子的相互作用,发现二氧化碳水平较高时,鱿鱼对自己的镜像更感兴趣.”

一旦鱿鱼暴露在高浓度的二氧化碳中,它们就会对自己的反射表现出更强的攻击性, 长时间接近和触摸镜子.

“在发现活跃度和攻击性增加后,我假设神经系统中的一种特定受体参与了这些行为变化的产生,”乔迪说.

来解释受体在行为结果中的作用, 乔迪将神经系统比作高速公路.

“神经系统由被称为神经元的脑细胞组成, 电信号沿着这些神经元传递. 神经元之间的连接就像交叉路口,它们有受体. 这些感受器就像繁忙十字路口的红绿灯, 除了控制车辆通过十字路口, 受体控制神经元或脑细胞之间电信号的运动,”乔迪说.

“我关注的受体是一种抑制性受体, 这和十字路口的红灯类似吗. As you can imagine, 在繁忙的十字路口有红灯对控制交通流量非常重要. 所以,这些抑制性受体对于控制电信号的流动非常重要.”

为了发现这些受体是否是导致行为变化的根本原因, 乔迪将她的研究更进一步,开始了一项药理学研究,她使用药理学药物来靶向乌贼神经系统中那些特定的抑制受体.

“我把乌贼放在同样的条件下——现在的二氧化碳水平和预测的未来水平——在再次测量它们的行为之前,我用药物治疗它们,”她说.

“这些药物特别作用于那些‘红光’受体,我能够确定,当鱿鱼暴露在更高水平的二氧化碳中时,这些受体正在改变功能.”

乔迪描述了高浓度的二氧化碳是如何导致鱿鱼的“红光”感受器变暗的, 完全停止工作,甚至完全切换功能.

“有些人从红灯变成了绿灯,从抑制性变成了兴奋性. 你可以想象,这将使交叉路口的车辆陷入混乱. 这就是我在乌贼身上所做的假设:这种受体功能的变化导致了在较高的二氧化碳水平下行为的变化,”乔迪说.

Will squid survive?

那么,这对两种色调的侏儒乌贼的未来意味着什么呢?

在得出任何明确的结论之前,有必要把实验带出实验室,带到野外.

美高梅app需要确切地了解这些行为变化将如何转化为自然环境,”乔迪说. “不过,对于可能发生的事情,我确实有一些假设和想法. 例如, 活动的增加可能会破坏繁殖,因为如果鱿鱼更活跃, they’re likely to be using more energy, 留下更少的精力去做其他重要的事情, like reproduce.”

这种两种色调的侏儒乌贼还依靠自己的隐蔽性和改变颜色的能力来躲避捕食者. 因此,活动的增加可能会危及它们的生存.

“当捕食者靠近时,这种特殊的乌贼喜欢融入和伪装. 如果它们跳得更多,就更容易被捕食者看到,”乔迪说.

头足类动物是许多海洋生态系统的关键组成部分, 乌贼通常被认为是关键物种,因为它们既是捕食者又是猎物. 两种体型的侏儒乌贼的数量变化可能会产生广泛的影响, 影响着主要的海洋食物网和整个生态系统.

“生态系统是相互联系的, 因此,哪怕是干扰一个很小的元素,都会产生普遍的影响,”乔迪说. “这只双色侏儒乌贼位于食物网的中央. They feed on lots of different animals, such as small fish and crustaceans, 像鱼和鲨鱼这样的大型动物以鱿鱼为食. 如果这些行为变化发生在高二氧化碳水平, 乌贼栖息的地方,它们的行为会影响很多不同的动物,这些影响会串联整个生态系统.”

But it’s not all bad news. 正如美高梅app过去所看到的,许多物种都能适应自然环境的变化. 因为双色调的侏儒乌贼寿命很短, 它们或许能够适应并在日益酸化的海洋环境中生存.

“确定导致这种活动增加的机制将有助于美高梅app理解二氧化碳水平升高和行为变化之间的因果关系. 这将有助于更好地理解为什么受高二氧化碳影响的动物和不受高二氧化碳影响的动物之间存在如此多的差异,”乔迪说.

“最终, 这项研究将帮助美高梅app预测动物未来的生活状况, 以及为海洋的长期可持续性制定保护战略.”

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