CO2 påvirker fiskens hjerne - høye nivåer fører til endret adferd

Den kontinuerlige økningen av karbondioksid (CO2) i atmosfæren påvirker havets kjemi i en prosess som heter havforsuring. Et økende antall av internasjonale artikler har vist at den økte CO2 konsentrasjonen kan gi endringer i fiskers atferd og sensorisk prosessering som nysgjerrighet, dristighet, aktivitet og luktpreferanser, og er derfor en trussel mot det marine økosystemet.

I sin Ph.D oppgave hevder Floriana Lai at hovedårsaken til slik forstyrret atferd og nevrale responser har å gjøre med en endret funksjon av en signalsubstans-reseptor i fiskehjernen: GABAA reseptoren. Faktisk er det slik at fysiologiske endringer hos fisk utsatt for høyere CO2-miljø kan endre aktiviteten til denne viktige inhibitoriske signalsubstans- reseptoren i hjernen hos virveldyr. Denne reseptoren uttrykkes gjennom hele sentralnervesystemet og dens roller har vært knyttet til viktige prosesser som hjernes utvikling, nevral migrasjon og oppstemthet, hukommelse, læring, kognisjon og atferd.

Trepigget stingsild (Gasterosteus aculeatus), fisken som ble benyttet i Lais forskning, er kjent for å tolerere et bredt spekter av miljøforhold, men Lai viser at eksponering av denne fisken for høyt CO2 nivå kan forstyrre fiskehjernens lateralisasjon, kjent som hjernehalvdelenes spesialisering som gjør at dyr har evne til å utføre parallellprosessering og samtidige reaksjoner.

Bevisene for en involvering av GABAA reseptoren i fiskens forandrede atferd under høy CO2 ble fastsatt ved å vise at et observert tap av lateralisasjonen kan bli reversert ved å redusere GABAA reseptorens aktivitet med reseptorens antagonist gabazine. I mer inngående studier undersøkte Lai uttrykksnivået av et bredt spekter av gener som er knyttet il GABAA reseptorens aktivitet. Her viste hun betydelige endringer i mRNA-nivåer for de proteiner som danner reseptoren. Videre viste Lai at også hjernes plastisitet kan bli påvirket ved eksponering for forhøyet CO2, i form av økt uttrykk av to gener, kalt NeuroD and DCX, som regulerer hjernecellevekst og spesialisering.