Scientists have shown that Umwelt- stress can affect normal development of nervös system in worms who are approaching puberty
Scientists have been trying to understand how our genes (our genetic makeup) and different Umwelt- factors shape our Nervensystem während der frühen Entwicklung, wenn wir aufwachsen. Dieses Wissen kann unser Verständnis verschiedener neurologischer Störungen verbessern, die hauptsächlich durch den Zusammenbruch normaler neuronaler Schaltkreise in unserem Nervensystem verursacht werden. In einer Studie veröffentlicht in Natur, haben Wissenschaftler der Columbia University das Nervensystem kleiner durchsichtiger Würmer untersucht (C. elegans) to elucidate understanding of how it shapes up. They show that stress caused by environmental factors can have a permanent intense effect on connections taking place in the nervous system which is still developing. In their experiment they made male worms undergo starvation just before the worms were to undergo sexual maturation with an aim to stunt their puberty. Exposure to external stress, specifically starvation, even a few days before sexual maturation affected wiring patterns of critical neuronal circuits in worm’s nervous system thus preventing normal changes to take place. The rewiring program of their nervous system was basically interrupted. Once these ‘betont’ males underwent puberty and became adult, immature circuits still remained in their nervous system causing them to continue to act immature. Their Immaturity was judged by observing that stressed adult male worms showed high sensitivity to a toxic chemical called SDS compared to normal adult males. The stressed worms also spent limited time with other hermaphrodite worms and had difficulties in mating.
Wissenschaftler machten diese entscheidende Entdeckung, als einige Würmer aus Versehen einige Wochen lang unbeaufsichtigt blieben und keine Nahrung erhielten. Dies führte zu einer Pause in der normalen Entwicklung der Würmer und sie traten in einen Zustand ein, der als „Dauerzustand“ bezeichnet wird. Dieser Zustand ist wie ein vorübergehender Stillstand des normalen Wachstums eines Organismus. Im Falle von Würmern, wenn unreife Würmer irgendeine Art von Stress spüren, kommt es zu einer vorübergehenden Pause in ihrem normalen Wachstum für Monate und später, sobald der Stress weg ist, wird ihr Wachstum wieder aufgenommen. Nachdem der Hungerstress vorüber war, kehrten die Würmer in ihre normale Umgebung zurück und reiften zu Erwachsenen heran. Bei der Untersuchung des Nervensystems jetzt erwachsener Würmer wurde festgestellt, dass einige unreife Verbindungen in den Schwänzen männlicher Würmer erhalten blieben, die idealerweise während der sexuellen Reifung beseitigt (oder beschnitten) worden wären. Die Forscher untersuchten weiter und stellten fest, dass der „Dauerzustand“ ausschließlich durch Hungerstress und nicht durch irgendeine andere Form von Stress verursacht wurde. Der Stress führte zu einer Neuzuordnung ihrer Schaltpläne. Die gegensätzlichen Wirkungen von zwei Neurotransmittern – Serotonin und Octopamin – steuern das Beschneiden von Schaltkreisen. Die gestressten Würmer hatten eine hohe Menge an Octopamin, die dann die Produktion von Serotonin blockierte. Wenn unreifen Männchen unter Stress Serotonin verabreicht wurde, fand ein normaler Schnitt statt und die Erwachsenen begannen, eine reife Reaktion auf SDS zu zeigen. Im Vergleich dazu, wenn Octopamin unreifen Männchen verabreicht wurde, verhinderte dies das Beschneiden des Kreislaufs. Die Studie legt nahe, dass Stress eine wahrscheinliche Auswirkung auf Veränderungen des Nervensystems haben kann, wenn die frühe Entwicklung stattfindet. Der Neurotransmitter Serotonin wird beim Menschen mit dem psychischen Zustand einer Depression in Verbindung gebracht.
Könnte diese Möglichkeit dann auch für den Menschen gelten? Beim Menschen ist dies nicht einfach, da wir im Vergleich zu Tieren ein viel größeres und komplizierteres Nervensystem haben. Trotzdem sind Würmer einfache, aber effiziente Modellorganismen, um Nervensysteme zu studieren und zu analysieren. Leitende Forscher dieser Studie haben ein Projekt namens ceNGEN initiiert, durch das sie die genetische Ausstattung und Aktivität jedes Neurons im Nervensystem des C. elegans-Wurms kartieren werden, was dazu beitragen würde, die Entstehung des Nervensystems und die mögliche Zusammenarbeit zwischen den einzelnen genetische Ausstattung und eigene Erfahrungen.
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Quelle (n)
Bayer EA und Hobert O. 2018. Erfahrungen aus der Vergangenheit formen sexuell dimorphe neuronale Verdrahtung durch monoaminerge Signalübertragung. Natur. https://doi.org/10.1038/s41586-018-0452-0
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