Биологи обнаружили фазу быстрого сна у аквариумных рыб данио рерио

Обновлено: 28.04.2024

Наблюдения активности мозга рыб показали, что они переживают фазы, подобные нашему медленному и парадоксальному сну.

Подобные нашему сну периоды переживают мухи и нематоды, рыбы и осьминоги. Однако все еще трудно сказать, насколько похоже это состояние на знакомый нам сон. У людей и других высших животных он характеризуется периодической сменой нескольких стадий, для каждой из которых характерна своя форма электрической активности головного мозга. В медленной фазе он остается почти спокоен, и электроэнцефалограф регистрирует лишь слабые синхронизированные волны активности; при этом сердцебиение замедляется, расслабляются мускулы.

В ходе коротких периодов парадоксального сна (фазы быстрых движений глаз) активность мозга становится почти такой же, как при бодрствовании, глаза шевелятся, сердце колотится — возможно, именно в это время мы видим сновидения. Эта периодичность остается большой загадкой, но, видимо, она играет важную роль, поскольку остается высоко консервативной и сохраняется одинаковой у животных, разделенных сотнями миллионов лет эволюции.

Для того чтобы проверить работу мозга в ходе сна у более простых созданий, Луис Лёнг (Louis Leung) и его коллеги из Стэнфордского университета регистрировали активность нейронов у спящих рыбок-данио. Для этого была получена ГМ-линия, у которой активное перекачивание ионов кальция через мембраны мышечных и нервных клеток стимулировало также синтез флуоресцентного белка. Наблюдая за свечением через микроскоп, ученые проследили за работой нейронов у еще полупрозрачных мальков.

Для погружения рыбок в сон в воду либо добавляли препараты, стимулирующие медленный или парадоксальный сон у млекопитающих; либо же малькам не давали отдыхать заранее, в течение всей ночи, и заставляли постоянно двигаться и утомляться днем, после чего они готовы были уснуть и под микроскопом. Все это позволило наблюдать активность мозга рыб во сне и обнаружить два различных паттерна активности, о чем ученые пишут в статье, опубликованной в журнале Nature.

Один оказался похож на наш медленный сон и отличалась слабыми, кратковременными вспышками отдельных нейронов. В другую фазу активность мозга резко подскакивала и охватывала его целиком, как при парадоксальном сне. Как и у нас, при этом их сердце замедляется: с 200 до 110-120 ударов в минуту в «медленную» фазу и до 90 — в «парадоксальную». Впрочем, авторы стараются не называть эти фазы медленным и парадоксальным сном: мозг рыб заметно отличается от нашего, иными были и многие детали его активности в обеих фазах. Достаточно сказать, что быстрых движений глаз у них при этом не происходит.

ЕКАТЕРИНБУРГ, 29 мая. /ТАСС/. Биологи выяснили, что у рыбок данио-рерио, как и у млекопитающих, может проявляться поведение, подобное человеческому отчаянию. При этом рыбок можно успокоить с помощью антидепрессантов. Благодаря этому открытию ученые смогут тестировать подобные препараты не только на грызунах, как раньше, но и на данио-рерио. Результаты исследования опубликовал Journal of Neuroscience Methods, кратко об этом пишет пресс-служба Уральского федерального университета (УрФУ).

На эту тему Дети рыб «на прозаке» не справляются со стрессом. И внуки тоже

"Учитывая, что генетически рыбы и люди подобны друг другу на 70%, мы сделали поиск потенциальных биологических мишеней для антидепрессантов гораздо менее сложным и менее дорогим, чем при работе с грызунами. Используя рыб данио-рерио, наука быстрее найдет, протестирует и отберет новые, более совершенные лекарственные препараты против депрессии", – рассказал руководитель исследования, ведущий научный сотрудник УрФУ Алан Калуев.

Данио-рерио (Danio rerio, также ее называют полосатым данио, зебраданио или дамским чулком) – это пресноводная рыбка до 4 см в длину, которую часто выращивают для аквариумов. Благодаря относительно сложной нервной системе, быстрому размножению и хорошей выживаемости эту рыбку часто используют в научных исследованиях.

В частности, благодаря этим рыбкам ученые выяснили, что быстрая и медленная фазы сна появились у позвоночных как минимум 450 млн лет назад, а также то, что антидепрессант флуоксетин может негативно действовать на их детей и внуков, снижая уровень гормона стресса – кортизола.

В новом исследовании ученые из России, Бразилии и Китая во главе с Аланом Калуевым тоже обратились к проблеме антидепрессантов. Ранее подобные препараты создавали и тестировали на лабораторных грызунах. Однако их выращивание делает эксперименты достаточно дорогими. Ученые решили проверить, можно ли проводить подобные испытания на более доступных животных.

Как получить потомство

В полгода рыбки готовы к размножению. Между собой разные данио-виды скрещиваются неплохо, нерест проходит довольно просто. Правильный подход хозяев и желание получить здоровый выводок позволяет без особых усилий инкубировать до 250 икринок в среднем.

У беременной самки очень сильно увеличивается живот. У беременной самки очень сильно увеличивается живот.

Эти рыбки - икромечущие. О готовности к воспроизводству потомства у самки подскажет раздутое брюшко. При этом происходит и выделение феромонов, и к самке проявляют интерес кавалеры.

Перед нерестом пару желательно рассадить и подкормить мотылем. С температурой воды стоит постараться: лучше сделать рыбкам потеплее, около 24-25 градусов - это простимулирует репродуктивную функцию особей. На время спаривания пару воссоединяют в небольшой по размеру емкости (хорошо - в трехлитровой банке с выпуклым центром дна), на низ которой укладывают растительный субстрат: фонтиналис, блестянку или перистолистник. Нужны также и камешки. Уровень воды в среднем должен быть около 10 см! При этом важную положительную роль сыграет и хорошее освещение.

Более продуктивным нерест будет, как показывает практика, если к самке подпускать двух кавалеров одновременно (не подходит для точечных данио - они «однолюбы»!).

Любовные игрища их стремительны и резки: самцы преследуют подругу, выбивая из нее икринки. Здесь и пригодится выпуклое баночное дно: неклейкие икринки скатываются по краям банки и укрываются в растениях. Если икра останется на виду - то превратится в обед новобрачных!

На третьи сутки выклюнутся личинки. Когда появляется потомство, личинкам нужен корм в недельном возрасте, оптимально - инфузории. Так молодняк должен есть неделю, затем рекомендуется подросшую молодь перевести на циклопов. А когда проявится окраска - детки готовы питаться обычным кормом.

Данио - удивительно неприхотливые, красивые и дружелюбные рыбки. Глядя на то, как весело снуют они меж водорослей и камешков или затейливо и суетливо водят хоровод, деля пищу, можно получить недюжинный запас хорошего настроения на весь день!

Российские ученые установили, что иммуномодуляторы, а также их сочетание с антидепрессантом флуоксетином, могут способствовать преодолению тревожности у рыб. Для этого биологи искусственно создали условия длительного непредсказуемого стресса у рыб данио-рерио, а затем «лечили» их препаратами. В перспективе эти исследования помогут разработать новые методы борьбы с психическими расстройствами, вызванными хроническим стрессом. Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в журнале Scientific Reports.

Данио-рерио. Опыт по определению более предпочтительной зоны аквариума. Источник: Алан Калуев

В повседневной жизни людей окружает множество факторов стресса, таких как напряженная работа, постоянный городской шум, переживания и беспокойства, недосып. Если сильный стресс, например изнурительный труд, длится долго — месяцы и годы, — он может привести к серьезным психическим нарушениям, таким как депрессия. Их лечение вызывает сложности из-за того, что симптомы могут быть очень разными, и на их проявление влияет множество факторов: генетические, социальные, экологические. Кроме того, при стрессе часто усиливаются воспалительные процессы, которые ослабляют иммунитет и могут способствовать развитию других заболеваний. Чтобы подробно изучить причины и течение болезней, вызванных стрессом, ученые используют лабораторных животных. Данио-рерио — хорошая модель для таких работ, потому что они удобны в разведении, неприхотливы, а их геном и физиология мозга довольно схожи с человеческими.

Исследователи из Санкт-Петербургского государственного университета, Национального медицинского исследовательского центра имени В. А. Алмазова, Российского научного центра радиологии и хирургических технологий имени академика А. М. Гранова (Санкт-Петербург), Московского физико-технического института(Москва), Научно-технического университета «Сириус» (Сочи), Уральского федерального университета(Екатеринбург) с коллегами из Маастрихтского университета (Нидерланды) проанализировали влияние стресса на поведение и гормональный фон данио-рерио. Перед началом эксперимента популяцию из нескольких десятков особей содержали в стандартных, комфортных для них условиях: большом аквариуме с оптимальной температурой воды и освещением. Затем половину рыб переносили в другие аквариумы, в которых все было не столь благоприятно: температура воды оказывалась выше или ниже привычной, плавал хищник или вода содержала его «запах», свет был слишком ярок или отсутствовал вовсе, не было пищи или действовали подобные стрессовые условия. Разнообразные испытания проходили ежедневно в течение одиннадцати недель, при этом биологи контролировали текущее состояние рыб, а после окончания этого срока проводили фармакотерапию стресса. Для этого в качестве антидепрессанта ученые использовали широко применяемый в медицине препарат флуоксетин. Новизна подхода заключается в том, что исследователи параллельно вместе с ним давали рыбам еще и иммуномодуляторы: липополисахарид — провоспалительный полимер из клеточной стенки бактерий, который вызывает иммунную реакцию, — и эйкозапентаеновую кислоту, которая входит в состав многих животных жиров и подавляет воспалительные реакции в организме.

Модель эксперимента. ТНА — тест нового аквариума; ТСА — темно-светлый аквариум; ТПК — тест построения косяка. Источник: Demin K. A. et al. / Scientific Reports, 2021. Перевод: Алан Калуев.

Оказалось, что рыбы, которые испытывали стресс, сбивались в плотные косяки, также предпочитая дно аквариума, что говорило об их повышенной тревожности. С другой стороны, ученые отметили у них увеличение способности к аверсивному обучению — умению остерегаться опасности. Определили это с помощью интересного теста: рыбок-зебр помещали в аквариум, разделенный на светлую и темную половины. По своей природе рыбы предпочитают малоосвещенные места, поэтому в эксперименте они старались проводить больше времени в темной части аквариума. Но исследователи периодически подавали в эту комфортную зону электрический ток, который заставлял рыб уплывать. Оказалось, что в таких условиях особи, ранее испытавшие стресс, со временем начинали реже появляться в темной половине, чем «спокойные» рыбы, что говорит о том, что они быстрее научились избегать неприятного фактора — электрического тока.

После проведения всех экспериментов ученые безболезненно усыпили рыб, а образцы их нервной ткани использовали, чтобы изучить гормональное состояние особей. Лечение «тревожных» зебраданио антидепрессантами и иммуномодуляторами показало, что флуоксетин, как и ожидалось, снимал тревожность и уменьшал вызванный стрессом уровень норадреналина в мозге. Кроме того, оказалось, что сочетание флуоксетина с эйкозапентаеновой кислотой имело еще более сильный эффект: вместе они не только восстановили спокойное поведение рыб и уровень стрессового гормона, но и повысили уровень дофамина — гормона радости. Когда же рыбкам-зебрам вместе с флуоксетином вводили липополисахарид, они, наоборот, становились более тревожными и собирались в еще более плотные косяки, чем при хроническом стрессе.

«Наши исследования показали, что можно синергично повысить эффективность терапии стресса как антидепрессантами, так и их комбинацией с дополнительными веществами. Так, например, содержащаяся во многих морепродуктах полиненасыщенная омега-3 жирная кислота — эйкозапентаеновая кислота — не только помогает флуоксетину бороться со стрессом, но и оказывает противовоспалительное действие на организм, что особо важно при нервных расстройствах. В дальнейшем мы планируем глубже изучить взаимодействие флуоксетина и иммуномодуляторов эйкозапентаеновой кислоты и липополисахарида между собой, чтобы понять причины усиления или ослабления их эффективности в борьбе со стрессом», — рассказывает руководитель проекта по гранту РНФ Алан Калуев, доктор биологических наук, профессор, член Европейской Академии и заведующий лабораторией биологической психиатрии СПбГУ.

Шведские исследователи из Каролинского института обнаружили в спинном мозге рыбок данио-рерио проприоцепторы - рецепторы, отвечающие за ощущение положения собственного тела в пространстве - и объяснили, как они участвуют в движении. Статья опубликована в журнале Neuron.

Проприоцепция рыбок данио-рерио. Credit: Laurence D. Picton et al / Neuron 2021

Про проприоцепцию

Даже с закрытыми глазами мы всегда знаем, в каком положении находятся наши руки и ноги, и можем рассчитать силу, с которой держим предмет. В этом нам помогает проприоцепция или мышечное чувство — ощущение положения частей тела в пространстве и относительно друг друга.

Термин «проприоцепция» ввел в 1906 году Чарльз Шеррингтон— нейробиолог, лауреат Нобелевской премии. А спустя почти 110 лет, в 2015 году, ученым удалось выявить отвечающие за проприоцепцию ген и белок — Piezo2. Название белка происходит от греческого слова πίεση («пиеси») - «давление».

Белок Piezo2 находится в мембранах специальных нервных клеток мышц и сухожилий, называемых проприоцепторами. Такие рецепторы есть в суставах и в коже, но здесь их влияние незначительно.

Когда мы двигаемся, наши мышцы и сухожилия растягиваются, это создает напряжение в мембранах проприоцепторов. В ответ на это в белке Piezo2 открывается канал, ведущий внутрь проприорецепторной клетки. Туда направляются активные ионы натрия, вызывая деполяризацию мембраны, и «рождается» потенциал действия, то есть нервный имульс, который почти моментально доходит до головного мозга. Если ген, кодирующий белок Piezo2, удалить, то у животного нарушается согласованность движений.

Мыши с нокаутированным геном Piezo2. Credit:Seung-Hyun Woo et al / Nature Neuroscience 2015

Таким образом, проприоцепция обеспечивает двигательную систему обратной связью. Без нее каждое движение и даже сохранение положения тела потребовало бы осознанного усилия и зрительной обратной связи.

Датчик движения тела у рыбок данио-рейро

«Чтобы успешно двигать нашим телом, нам необходимо устойчивое чувство собственного движения во времени и пространстве. Это ощущение обеспечивается проприоцепторными органами, которые, как считается, находятся только на периферии», —говорит Абдель Эль Манира, профессор кафедры нейробиологии и автор исследования.

Но может ли центральная нервная система внутренне ощущать собственное движение? Ученые из Каролинского института заявляют, что — да.

Передвижение у рыб состоит из боковых волнообразных движений, которые вызывают небольшие смещения отдельных позвонков вдоль позвоночного столба и создают локальную деформацию в каждой межпозвонковой области. Чтобы найти структуру, которая воспринимает этот сигнал, исследователи выполнили сканирование с помощью компьютерной микротомографии позвоночного столба рыбки данио-рерио.

Микротомография позвоночного столба данио-рерио.Credit: Laurence D. Picton et al / Neuron 2021

В области каждого межпозвоночного диска (рис. B1, голубого цвета) исследователи обнаружили расширения ткани спинного мозга, растягивающиеся при движении. Они содержат нейроны, которые отсутствуют на стадии личинки и формируются примерно на 2-3 неделе развития рыбки. По этой причине их личинки плавают рывками, совсем не так плавно, как взрослые особи.

Нейроны, которые, вероятно, выполняют ту же роль, что и спинномозговые проприорецепторы, были описаны у различных групп позвоночных. Впервые их обнаружили в спинном мозге аллигатора, а затему большинства позвоночных: рептилий, птиц и млекопитающих, включая человека. Функция этих структурдо конца не была изучена.

С помощью РНК-секвенирования (scRNA-seq) ученые выявили в этих нейронах повышенную активность генов белка Piezo2, который помогает отслеживать положение тела в пространстве.

Однако роль обнаруженных проприорецепторов заключалась не только в оценке положения в пространстве, но и в регуляции движения. Это происходит благодаря влиянию на нейроны-водители ритма при помощи тормозящей обратной связи. Механизм объединяет сенсорные и моторные сигналы в единую сеть.

Для проверки своей гипотезы исследователи удалили проприрецепторы, и движение рыбок стало менее плавным.

Рыбки данио-рерио с проприорецепторами и без них. Credit: Neuron

Одним из преимуществ «датчика движения» непосредственно в спинном мозге является быстрая обратная связь с нервными цепями, управляющими движением. Это обеспечивает плавное и быстрое передвижение.

Текст: Вера Васильева

A spinal organ of proprioception for integrated motor action feedback by Laurence D. Picton et al in Neuron. Published February 2021

Наука и данио

На фото эмбрион Данио, которому всего 72 часа отроду. На фото эмбрион Данио, которому всего 72 часа отроду.

Как и муха дрозофила, рыбки данюшки особо любимы биологами и генетиками в качестве модельных организмов. Почему? Данио обладают значительными преимуществами перед многими позвоночными: всего за три дня из яйца вырастает крупный и сильный эмбрион, внешне - прозрачный, что облегчает наблюдение за его развитием .

Это интересно! Именно данио самые первые из рыб побывали в космосе!

Кроме того, хотя человек и рыба мало схожи, но многие системы их организмов аналогично взаимодействуют с низкомолекулярными химическими соединениями. Это помогает достоверно оценивать токсичность и фармакокинетику испытываемых препаратов. А инженеры-генетики на данио изучают человеческие заболевания.

Содержание в домашних условиях

Даже для новичков уход и содержание данио не покажутся сложными. Неприхотливость этих домашних любимцев позволяет оттачивать на них аквариумистические навыки, как герой знаменитого советского кинофильма оттачивал навык использования хлороформа на фарфоровых кошках (не буквально!). Научившись ухаживать за данио рерио, можно смело переходить к более капризным породам, однако, вряд ли вы расстанетесь с данио - настолько гармонично они вписываются в жизнь аквариума.

Чтобы сделать комфортным содержание данио в аквариуме, хорошо бы рассчитать объем воды. Чем он больше - тем лучше для этих непосед. На небольшую стайку в 5-8 особей идеален аквариум в несколько десятков литров. Учитывать важно и длину: от 40 см, а еще лучше - от полуметра. При этом температура воды нужна от 17 до 25 градусов, однако данио GloFish более теплолюбивы: они могут прожить лишь при температуре около 28 градусов.

Для этих рыбешек нужен просторный аквариум, где они могли бы резвиться. Для этих рыбешек нужен просторный аквариум, где они могли бы резвиться.

Пусть данио и речные жители в природе, но без проточной воды в неволе они жить способны. Фильтрация аквариума и аэрация потребуются, как, впрочем, не получится обойтись и без подмены воды: еженедельно заменять придется ее пятую часть. Использовать водопроводную воду можно, но рекомендуется ее отстаивать. Дно хорошо бы чистить раз в 7-14 дней. Учитывать нужно и неугомонный характер данио: крышка на аквариум не помешает!

Особых укрытий и густых растений данио не нужно: это стайные рыбки, им незачем прятаться. В стайке четко выражена иерархия.

С другими неагрессивными обитателями аквариума данюшки отлично уживаются: меченосцы, неоны, гуппи - хорошие соседи для них. А вот с бойцовскими петушками, сомами, скаляриями знакомить близко данио не рекомендуется. А креветки и улитки абсолютно не нарушают мирного существования этих рыбок в аквариуме.

Сколько живут данио в среднем? По рыбьим стандартам, довольно-таки долго: до 7 лет.

Аквариумные данио и флуоресцентные рыбки

Селекционерами выведено несколько видов данио, различающихся по окраске и форме плавников. Основные виды:

Основные виды Данио: Рерио (зебры), Тинвини, Жемчужный, Оранжевоплавничный, Светлячок (чопра), Чернополосый. Основные виды Данио: Рерио (зебры), Тинвини, Жемчужный, Оранжевоплавничный, Светлячок (чопра), Чернополосый.

Селекционные данюшки отличаются от своих прародителей расцветкой и формой рисунка на теле. Данио вида дангила крупнее прочих представителей, вырастает в условиях аквариума до 9 см. Напротив, чопра-светлячок - мелкий представитель вида - около 3 см размером. Необычайно красивым нежным окрасом обладают розовые рерио, а леопардовые, несмотря на «хищный» цвет тельца, очень мирные и безобидные.

Флуоресцентные рыбы отличаются ярким, кислотным окрасом. Флуоресцентные рыбы отличаются ярким, кислотным окрасом.

Особый интерес представляют флуоресцентные рыбки. Необычные светящиеся данио немыслимых оттенков - детища генной инженерии. Они - первые генномодифицированные организмы! В их ДНК встроены белки медузы и коралла, в ультрафиолетовом свете благодаря этому данио светятся. GloFish - под этим брендом продаются модифицированные рыбки. Кстати, в Евросоюзе и Канаде торговля этими видами запрещен.

Чем кормить данио

Данюшки вовсе не гурманы: в питании не требовательны. Есть возможность покупать сухие специализированные корма - хорошо, из живых отлично подойдут дафния и мотыль.

Важен принцип: недокорм предпочтительнее перекорма. Излишки пищи ведут к быстрой порче воды.

Хорошо кормить маленькими порциями данюшек пару раз в день или единожды в день, но утром. Оптимальный расчет объема корма проводится так: если при неоднократном за сутки кормлении за 3 минуты рыбки все съедают - корма достаточно; при одноразовом кормлении расчет ведется за 5 минут.

Новая модель депрессии

Чтобы проверить, как антидепрессанты действуют на живой организм, ученые специально доводят их до состояния так называемой приобретенной беспомощности. В этом случае животное находится в неприятной ситуации, но не пытается из нее выйти даже в том случае, если может это сделать. С помощью этого состояния ученые моделируют депрессию и проверяют, могут ли разработанные ими препараты вывести животное из такой беспомощности.

Способы для того, чтобы ввести в такое состояние грызунов, специалисты разработали давно, а для данио-рерио их еще не было. Калуев и его коллеги для этого предложили подвешивать рыбку за хвост. Исследователи закрепляли хвост данио-рерио в губчатом материале и опускали их в стакан под действием классических антидепрессантов – сертралина и амитриптилина. Кроме них ученые использовали низковольтный электрический ток, специальный феромон и феназепам.

Опыты показали, что после обездвиживания у данио-рерио действительно появлялось состояние, близкое к человеческому отчаянию. Сертралин и амитриптилин смогли помочь рыбкам, увеличив активность гормонов серотонина и дофамина в их мозгу. Таким образом, поскольку антидепрессанты действуют на данио-рерио практически так же, как на грызунов и людей, то этих рыбок можно использовать в испытаниях подобных препаратов. Таким образом их можно сделать гораздо дешевле и проводить быстрее.

Эксперименты привели не только к практическим, но и к фундаментальным результатам. "Мы "отодвинули" модель отчаяния, основанную на выученной беспомощности, на 340 млн лет: ведь первые челюстные рыбы появились в ходе эволюции 400 млн лет назад, а грызуны – 60 млн лет назад", – пояснил один из авторов исследования, старший научный сотрудник СПбГУ Константин Демин. Таким образом, отчаяние – один из симптомов депрессии – оказалось гораздо древнее, чем ученые думали ранее.

Поскольку у депрессии настолько древнее происхождение, мишени для ее лечения нужно искать в консервативных молекулярных механизмах, общих для рыб, грызунов и человека. А их не настолько много, заключил Алан Калуев.

ТАСС, 10 декабря. Биологи проследили за хроническим стрессом у рыбок данио-рерио и пришли к выводу, что они не хуже мышей подходят для изучения подобных заболеваний. Статью с результатами исследования опубликовал научный журнал Scientific Reports, кратко об этом пишет пресс-служба МФТИ.

На эту тему Данио-рерио стали модельными наркоманами

Исследования последних лет показывают, что из-за длительного стресса работа нервной системы может серьезно измениться. В частности, ученые из США в опытах на мышах доказали, что постоянный стресс повреждает нервные клетки в гиппокампе – центре памяти мозга – и меняет его структуру, из-за чего у животных появляется хроническая депрессия.

Подобные закономерности обычно исследуют в опытах на млекопитающих – мышах и некоторых других модельных животных. У подобных экспериментов есть некоторые недостатки – например, они дороже, чем опыты на насекомых и культурах клеток, поэтому ученые ищут альтернативу.

Старший научный сотрудник МФТИ Алан Калуев и его коллеги выяснили, что эту роль могут играть рыбки данио-рерио, которых широко используют в различных нейрофизиологических исследованиях, в экспериментах по модификации ДНК и других. Эмбрионы этих рыбок развиваются очень быстро, превращаясь в малька всего за три дня, а благодаря прозрачности их тела можно легко наблюдать за тем, что происходит внутри организма этих рыбок.

Ученые проверили, можно ли использовать этих рыбок, чтобы изучать, как развивается хронический стресс и проверить различные методики борьбы с ним. Для этого специалисты в течение пяти недель тревожили рыб, мешая им нормально жить. В результате в их организме уменьшилась концентрация серотонина, а гормонов стресса стало больше. Кроме того, в поведении рыб проявились некоторые аномалии. Они возникали в тех случаях, когда ученые помещали рыбок в новые, незнакомые им аквариумы или отслеживали их реакцию на темноту и свет.

Проследив за одиночными нейронами этих рыб, ученые обнаружили сдвиги в характере работы примерно двух сотен их генов. Многие из этих участков ДНК ученые раньше уже связывали с хроническим стрессом и характерными нарушениями в поведении людей и животных, которые связаны с постоянно подавленным настроением.

Дальнейшие опыты показали, что многие из этих сбоев можно было подавить антидепрессантом флуоксетином. В целом его прием повлиял на поведение рыбок примерно так же, как и на людей и мышей. Благодаря этому данио-рерио можно использовать в подобных нейрофизиологических и поведенческих исследованиях, подытожили ученые.

Биологи впервые обнаружили у аквариумных рыбок те же фазы сна, что и у людей. Благодаря этому данио-рерио могут стать удобным объектом для изучения сна и испытания лекарств от его нарушений. Результаты исследования опубликованы в журнале Nature.

Сон и потребность в нём появились очень давно и характерны даже для насекомых, моллюсков, червей и медуз. Однако деление на быстрый и медленный сон до недавних пор считалось присущим только теплокровным животным.

Фаза быстрого (парадоксального) сна отличается тем, что человек фактически парализован, но его глаза движутся под веками, будто он что-то разглядывает, а картина активности мозга почти такая же, как при бодрствовании. Именно в этой фазе люди видят яркие, «сюжетные» сновидения.

Однако между млекопитающими и птицами настоящая эволюционная пропасть — эти эволюционные линии были независимы уже во времена отделения от амфибий. Почему же быстрого сна нет у рептилий, которые эволюционно к птицам гораздо ближе млекопитающих? Могла ли эта фаза сна дважды возникнуть в независимых ветвях, как и теплокровность?

Картина начала проясняться в последние годы, когда фазу быстрого сна выявили у ящериц. Сейчас биологи обнаружили фазу быстрого сна у аквариумных рыбок данио-рерио, чей последний общий с млекопитающими предок жил около 450 млн лет назад, еще до выхода позвоночных на сушу.

Ученые исследовали сон рыб с помощью специально разработанной разновидности флуоресцентной микроскопии. Тело данио-рерио почти прозрачно и этот метод позволяет буквально просвечивать их насквозь, получая изображения с разрешением в одну клетку. Чтобы обеспечить неподвижность рыбок, их погрузили в раствор агар-агара, а затем фиксировали активность мозга, сердца, мышц и глаз.

Картина активности мозга и мышц позволила предположить, что у данио-рерио бывает фаза быстрого сна, которая отличается от человеческой только тем, что глаза рыб в этот момент не двигаются. Также выяснилось, что быстрый сон и у рыб, и у людей регулирует меланин-концентрирующий гормон.

Теперь данио-рерио могут стать моделью для изучения сна и его нарушений. Они быстро размножаются, недороги в содержании и могут быть изучены с точностью до клетки в живом и здоровом состоянии. Кроме того, в отличие от лабораторных мышей, рыбы ведут дневной образ жизни и в некоторых аспектах сна могут быть ближе к человеку, чем грызуны.

Биологи впервые обнаружили у рыб те же фазы сна, что и у человека. Значит, быстрый и медленный сон (а возможно, и способность к сновидениям) появились ещё до того, как наши предки вышли на сушу. Теперь рыбы могут стать удобным объектом для исследования сна и испытания лекарств от его нарушений.

Открытие описано в научной статье, опубликованной в журнале Nature.

Сон и потребность в нём появились в эволюционной истории очень давно. Спят насекомые, моллюски, черви и даже медузы. Однако деление на быстрый и медленный сон ещё несколько лет назад считалось характерным лишь для млекопитающих и птиц, теплокровных животных.

Напомним, что в фазе быстрого, или парадоксального, сна человек фактически парализован, зато его глаза быстро движутся под веками, как будто он очень тщательно что-то рассматривает. При этом картина активности мозга примерно такая же, как при бодрствовании. Именно в этом состоянии мы видим яркие и связные сновидения (долгое время считалось, что в медленной фазе снов вообще не бывает).

Однако картина получалась странной. Почему только млекопитающие и птицы? Ведь между ними зияет эволюционная пропасть: эти линии были независимыми на древе эволюции уже во времена отделения от амфибий (а возможно, и от рыб). Почему же тогда быстрого сна нет у рептилий, которые эволюционно гораздо ближе к птицам, чем млекопитающие? Неужели эта фаза сна дважды возникла в независимых ветвях, как и теплокровность?

Ситуация разъяснилась в последние годы, когда фаза быстрого сна была обнаружена сначала у одного, а затем у другого вида ящериц.

Однако новое открытие идёт гораздо дальше. Биологи обнаружили фазу быстрого сна у аквариумных рыбок данио-рерио. Их последний общий предок с млекопитающими жил примерно 450 миллионов лет назад, ещё до того как позвоночные вышли на сушу.

Теперь данио-рерио могут стать новыми модельными организмами для исследований сна.

Авторы исследовали сон рыб с помощью разновидности флуоресцентной микроскопии, разработанной специально для этих целей. Новый метод позволяет буквально просвечивать животных насквозь, получая изображения с разрешением в одну клетку. (Поясним, что тело рыбок данио-рерио почти прозрачно). Биологи фиксировали активность мозга, сердца, мышц и глаз рыбок. Чтобы обездвижить подопытных, их погрузили в раствор агар-агара.

Оказалось, что у данио-рерио бывает фаза быстрого сна (хотя авторы из осторожности предпочли дать ей другое название). Это заметно по картине активности мозга и мышц. Единственное крупное отличие от человека состоит в том, что глаза рыб в этот момент не движутся. Впрочем, рыбы их и не закрывают за отсутствием век.

Более того, меланин-концентрирующий гормон (melanin-concentrating hormone) регулирует быстрый сон у рыб так же, как и у людей. Исследователи обнаружили это с помощью генетически модифицированных рыбок, у которых была нарушена выработка этого гормона.

Трудно сказать, снится ли аквариумным рыбкам что-нибудь. Но, по крайней мере, теперь у них открыта фаза сна, которая приносит человеку и другим млекопитающим яркие сновидения.

Теперь данио-рерио могут стать удобной моделью для изучения сна и его нарушений. Они быстро размножаются, недороги в содержании и, как уже упоминалось, могут быть изучены с точностью до клетки в живом и здоровом состоянии.

Чтобы рыбы приняли то или иное лекарство, достаточно добавить его в воду. Кроме того, данио-рерио, в отличие от лабораторных мышей, ведут дневной образ жизни. Поэтому в некоторых аспектах сна они могут быть ближе к человеку, чем грызуны.

Здравствуй дорогой друг, любитель необычных подводных обитателей и аквариумных рыбок.

Сколько бы денег не вкладывала наше правительство в науку, но этого не хватает нашим ученым. Что нельзя сказать об ученых из США. Так как опять команда ученых из Стэнфордского университета, впереди планеты всей в области открытий в научном мире. И я бы не сказал, что они умнее наших биологов и физиков.

Нашему правительству и в голову бы не пришло финансировать исследования сна, а американцам пришло. Позже они это окупят, и заработают в сотни, раз больше чем потратились, при производстве лекарств от бессонницы.

Исследовав рыбку данио рерио, ученые выяснили происхождение сна рыб. Которое показало, что мозг рыбы во время сна проходит различные фазы, а не одно как считалось ранее. Эти фазы аналогичны человеческим медленноволновым и БДГ-состояниям сна.

Ученые подчеркивают что, данные исследования не говорят нам, что наш мозг схож с мозгом этой рыбы. Так как человеческий сон состоит из ряда различных сложных фаз, характеризующихся сдвигами в нейронных сигнатурах.

Ранее уже было известно, что млекопитающие, птицы и ящерицы демонстрируют аналогичную сложность в этих сменных фазах сна, но не было известно, что именно происходит в мозге рыбы, когда она спит.

Ученые создали аппарат для выявления активных нейронов, и микроскоп, который мог исследовать тело рыбы с разрешением одной клетки. «Одной клетки Карл. Это сколько же денег они на это потратили».

Для проведения исследования сна они обездвижили рерио в растворе и наблюдали, как рыбы вошли в состояние сна. После чего обнаружили два новых паттерна мозговой активности, один назвали "медленным разрывным сном", который похож на медленноволновый сон людей. Второй назвали "распространяющийся волновой сон", он схож на БДГ-сон людей. Прошу не путать с БДСМ.

Но в отличие от людей, в этих фазах рыбы не двигали быстро глазами, как это делаем мы, но другие мышцы и тело двигались в фазе быстрого сна.

Ученая Луи Люнг подчеркнула что «с эволюционной точки зрения исследование указывает что паттерны мозга во сне, появились не менее 450 миллионов лет назад. Тот факт, что эти нейронные сигнатуры можно считать аналогичными людям, предлагает гипотетическую эволюционную сквозную линию, делающую сложный сон гораздо более старым предложением, чем когда-либо ранее рассматривалось.

Кроме того данио рерио стала потенциальным кандидатом для использования в исследованиях человеческого сна, в будущем, так как они дешевле мышей. Вот даже и тут они потом сэкономят. Всем будет уместнее сравнивать шаблоны человеческого сна со сном рыб, чем со сном мышей. Причина схожести шаблонов может заключаться в дневном образе жизни рыб рерио, так как они тоже ведут дневной образ жизни, как и люди».

Если в доме поселились аквариумные рыбки данио, можно быть уверенным - теперь улыбка появится на лице всякого, кто взглянет на ваш маленький кусочек подводного мира. И все потому, что этих рыбок невозможно не полюбить! Резвые и задорные, шустро снующие стайкой по всему аквариуму, жизнерадостные данио создают настроение всему дому!

Данио: что это за рыбка

Естественный ареал распространения данио - это воды азиатских тропиков, преимущественно - Индии, Таиланда и Бирмы. Этих рыб относят к многочисленному семейству карповых и виду лучеперых обитателей пресноводных водоемов. Стайками в природе они держатся близ кромки берега, сливаясь с прибрежной зеленью.

Пожалуй, этот факт и сыграл решающую роль в формировании образа поведения и характера рыбешек: будь данюшки ленивы и медлительны - им не выжить у берега.

На первый взгляд, данио рыбка может показаться слишком простенькой: длинное (длина около 4,5-7 см) прогонистое серебристое тело с продольными полосками преимущественно синего или зеленоватого оттенка. За эти полосы прозвали рыбок «дамским чулком».

У самки более округлый живот, а у самца сильнее развиты плавники. У самки более округлый живот, а у самца сильнее развиты плавники.

У молодых особей короткие и закругленные плавники, с возрастом плавники становятся длиннее. Выразительной можно назвать «рожицу» рыбы: вздернутый кверху рот, украшенный парой усиков, придает данио милое выражение. Эта анатомическая особенность дает им возможность легко схватывать корм с поверхности вод.

Внешне можно отличить самца от самочки: у данио-девочек более крупное брюшко. А у самцов гораздо развитее плавники: они крупнее и мощнее - особенно грудные. И, как правило, самцы превосходят самочек в грациозности и яркости окраски. Особо проявляется внешне гендерное различие у вида данио бирманский: у особей женского пола есть белая полоса на плавничках, а у самцов она - оранжевая.

Читайте также: