Le variazioni di temperatura influenzano i ritmi di movimento dei granchi

Molti movimenti negli animali, come respirare, camminare e nuotare, seguono dei modelli che possono cambiare a seconda della velocità e del tempo. Il modo in cui questi movimenti sono sincronizzati e la rapidità con cui avvengono sono fondamentali per la loro efficacia. Alcuni sistemi mantengono un ritmo costante a diverse velocità, mentre altri adattano insieme il tempo e la velocità. Quando questi sistemi cambiano velocità, di solito lo fanno in modo fluido. Tuttavia, non è sempre così. A volte, i cambiamenti possono avvenire in modi inaspettati, portando al contrario di quello che succederebbe normalmente.

Nel sistema nervoso, alcune cellule chiamate Neuroni ritmici, insieme ai muscoli, aiutano a produrre movimenti ripetitivi. Una corrente specifica, chiamata Ih, gioca un ruolo nella generazione di queste attività ritmiche. Questa corrente si attiva quando la cellula diventa meno carica e permette alla cellula di iniziare a sparare di nuovo dopo essere stata ferma. Mentre alcuni movimenti sono controllati dai muscoli stessi, altri si basano su reti di neuroni per funzionare correttamente.

Anche se Ih è essenziale per generare il ritmo, ci sono modi diversi per ottenere modelli di movimento simili a seconda delle varie condizioni. Le proprietà delle cellule e le connessioni tra di esse possono funzionare bene in una situazione, ma fallire in un'altra. Studi mostrano che diverse combinazioni di proprietà possono esibirsi in modo simile in determinate condizioni, ma possono essere meno efficaci quando la situazione cambia. Poiché Ih è importante per molte attività ritmiche, vale la pena indagare come il suo ruolo possa variare al cambiare delle condizioni.

Per studiare questo, i ricercatori hanno esaminato il ritmo pilorico dei granchi, specificamente del Cancer borealis, e come risponde ai cambiamenti di temperatura. Questo modello ritmico aiuta il granchio a filtrare il cibo. La Frequenza di questo ritmo è controllata da un piccolo gruppo di neuroni interconnessi. I granchi sono influenzati dai cambiamenti di temperatura nel loro ambiente, e la frequenza del ritmo pilorico aumenta con l'aumento della temperatura. Anche se la frequenza cambia, il timing rimane relativamente costante. Studi precedenti hanno mostrato che Ih aumenta con l'aumento della temperatura, ma non è chiaro se questo sia vitale per il normale funzionamento del sistema.

Per esaminare il ruolo di Ih quando la temperatura cambia, i ricercatori hanno usato una sostanza chimica specifica, gli ioni di cesio, per bloccare questa corrente e hanno osservato come influenzasse il ritmo pilorico. Questo ha rivelato alcune sorprese su come la frequenza cambiasse durante rapidi cambiamenti di temperatura.

#Metodi

#Blocco di Ih con Cesio

Per bloccare la corrente Ih nei neuroni dei granchi a diverse temperature, i ricercatori hanno aggiunto 5mM di cloruro di cesio (CsCl) all'acqua intorno ai granchi. Hanno quindi confermato la sua efficacia misurando la corrente che scorreva nei neuroni ai due estremi di temperatura, 11°C e 21°C. Tenendo le cellule a una tensione specifica e applicando una serie di piccoli passaggi di tensione, potevano vedere quanto cambiava la corrente Ih quando era presente il cesio.

A 11°C, la corrente Ih era significativamente ridotta quando era presente CsCl. Allo stesso modo, a 21°C, questa corrente era anche più bassa con la presenza di Cs+. Questi risultati indicavano che Cs+ bloccava efficacemente la corrente Ih nei neuroni testati.

#Osservazione dei cambiamenti nella frequenza pilorica

I ricercatori hanno monitorato l'attività pilorica dei granchi mentre aumentavano gradualmente la temperatura dell'acqua circostante in passaggi controllati. Hanno registrato la frequenza del ritmo pilorico a diverse temperature, prima in soluzione salina normale, poi dopo aver aggiunto Cs+ per vedere come il blocco di Ih avrebbe cambiato la risposta in frequenza.

È stato notato che la frequenza del ritmo pilorico aumentava con l'aumento della temperatura in condizioni normali. Tuttavia, quando è stato aggiunto Cs+, la frequenza è risultata ridotta rispetto a quando era presente solo la soluzione salina. Questo effetto era più pronunciato a temperature più elevate, suggerendo che il blocco di Ih influenzasse la risposta del ritmo ai cambiamenti di temperatura.

In sintesi, aumentando la temperatura, la frequenza del ritmo pilorico aumentava in salina normale ma meno in presenza di Cs+. I ricercatori hanno anche notato che la risposta in frequenza non era solo fluida in Cs+; a volte, diminuiva persino quando la temperatura aumentava, il che era inaspettato.

#Risposta dinamica in frequenza

La scoperta insolita che la frequenza potesse diminuire quando la temperatura aumentava è stata ulteriormente illustrata da esempi specifici. In soluzione salina normale, man mano che la temperatura aumentava, la frequenza cresceva in modo fluido. Al contrario, durante l'aumento della temperatura usando Cs+, poteva verificarsi una diminuzione iniziale della frequenza, prima che questa salisse una volta stabilizzata la temperatura.

Esaminando i dati, è emerso che nella maggior parte dei tentativi, l'incidenza di diminuzione della frequenza mentre la temperatura aumentava era molto più alta quando era presente Cs+ rispetto alle condizioni normali.

#Effetti sulle relazioni di fase

La ricerca ha anche esaminato come il timing dell'attività neuronale, chiamato relazioni di fase, cambiasse quando Ih era bloccato. I ricercatori hanno scoperto che il tempo necessario a un neurone per smettere di sparare era leggermente più breve in presenza di Cs+. Gli intervalli di tempo tra il fuoco di neuroni diversi sono cambiati, con alcuni che diventavano più brevi del previsto.

Quando le temperature aumentavano, il timing dell'attività neuronale avanzava di più in Cs+, il che significava che la struttura temporale abituale era alterata. Questo avanzamento potrebbe portare a cambiamenti in come il ritmo pilorico opera in modo efficiente quando l'ambiente cambia.

#Conclusione

In generale, l'indagine ha mostrato che la corrente Ih gioca un ruolo cruciale nell'aiutare il sistema nervoso del granchio a rispondere ai cambiamenti di temperatura in modo fluido ed efficiente. Senza questa corrente, le risposte potrebbero essere erratiche e meno efficaci. I risultati hanno rivelato che il blocco di Ih portava a una risposta più complessa ai cambiamenti di temperatura, con diminuzioni inaspettate della frequenza in certi momenti.

Utilizzando Cs+ per bloccare Ih, sono state messe in luce le dinamiche di come il ritmo pilorico interagisse con i cambiamenti di temperatura, offrendo nuove intuizioni sui meccanismi sottostanti al controllo motorio negli animali. Gli studi hanno evidenziato l'importanza di Ih non solo nella generazione di attività ritmiche, ma anche nel mantenere risposte stabili in condizioni variabili. Questa comprensione potrebbe avere implicazioni più ampie su come vediamo i modelli motori in altri animali e le reti neurali sottostanti che li controllano.