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Fluorid verändert die Ernährung und das Gedächtnis bei Lymnaea stagnalis.
| Journal of Comparative Physiology. A, Neuroethologie, sensorische, neuronale und Verhaltensphysiologie | Wiley B, Batabyal A, Lukowiak K. | [Epub vor dem Druck]
Kanada Gehirn Kognitive Funktion Tierstudie

Abstract

Fluorid kommt auf natürliche Weise in der terrestrischen und aquatischen Umwelt vor und ist ein Hauptbestandteil von Tee. Länger anhaltende Fluoridexposition verändert die Stoffwechselaktivität bei mehreren wirbellosen Wassertieren. Zum ersten Mal untersuchten wir die Auswirkungen von Fluorid auf die Kognition bei der Teichschnecke Lymnaea stagnalis, da diese zu einer höheren Form des assoziativen Lernens fähig ist, die als konfigurales Lernen bezeichnet wird. Zunächst zeigten wir die unterdrückende Wirkung von schwarzem Tee und Fluorid auf das Fressverhalten (d. h. das Raspeln). Dann untersuchten wir, wie Fluorid die Kognition verändern kann, indem wir den Schnecken vor, während, nach, einen Tag vor und eine Woche vor dem konfiguralen Lerntraining Fluorid (1.86 mg/l) zuführten. Unsere Ergebnisse zeigen, dass jede 45-minütige Fluoridexposition (vor, während oder nach einem konfiguralen Lerntraining) die Bildung des konfiguralen Lerngedächtnisses bei Lymnaea blockiert und diese Auswirkungen langanhaltend sind. Eine Woche nach der Fluorideinwirkung sind Schnecken noch immer nicht in der Lage, ein konfigurales Lerngedächtnis zu bilden. Dieses Ergebnis bleibt bestehen, wenn die Schnecken einer geringeren Fluoridkonzentration ausgesetzt werden, die natürlicherweise in Teichen vorkommt, in denen ein wilder Stamm von Lymnaea zu finden ist (0.3 mg/l). Fluorid behindert also die Bildung eines konfiguralen Lerngedächtnisses bei einem fluoridnaiven, durch Inzucht erzeugten Stamm von Lymnaea.

Schlüsselwörter: Assoziatives Lernen; Konfigurales Lernen; Fluoridierung; Langzeitgedächtnis; Teichschnecke.

*Die Originalzusammenfassung finden Sie online unter https://link.springer.com/article/10.1007%2Fs00359-021-01528-9

Autorenverbindungen

Bevin Wiley, Anuradha Batabyal und Ken Lukowi: Hotchkiss Brain Institute, Cumming School of Medicine, University of Calgary, 3330 Hospital Drive NW, Calgary, AB, T2N 4N1, Kanada

Förderung

Die aktuelle Studie wurde vom Natural Sciences and Engineering Research Council of Canada unterstützt [Fördernummer: 227993-2019].

Referenzen

  1. Aguirre-Sierra A, Alonso Á, Camargo JA (2011) Unterschiedliche Empfindlichkeit gegenüber Fluoridtoxizität bei Jungtieren und adulten Exemplaren der Wasserschnecke Potamopyrgus antipodarum (Hydrobiidae, Mollusca). Bull Environ Contam Toxicol 86:476–479. https://doi.org/10.1007/s00128-011-0241-z

    CAS -Artikel PubMed Google Scholar

  2. Alexander JE, Covich AP (1991) Prädationsrisiko und Vermeidungsverhalten bei zwei Süßwasserschnecken. Biol Bull 180:387–393. https://doi.org/10.2307/1542339

    Artikel PubMed Google Scholar

  3. Batabyal A, Lukowiak K (2021) Konfigurationslernen kann beim Teichschnecken-Exemplar Lymnaea stagnalis vom mittelfristigen ins Langzeitgedächtnis transformiert werden . Physiol Behav 239:113509. https://doi.org/10.1016/J.PHYSBEH.2021.113509

    CAS -Artikel PubMed Google Scholar

  4. Camargo JA (2003) Fluoridtoxizität für Wasserorganismen: eine Übersicht. Chemosphere 50(3):251–264

    Artikel Google Scholar

  5. Camargo JA, Alonso Á (2017) Ökotoxikologische Bewertung der Auswirkungen von Fluorid (F⁻) und Trübung auf die Süßwasserschnecke Physella acuta in einem durch Industrieabwässer belasteten Fluss. Environ Sci Pollut Res 24:15667–15677. https://doi.org/10.1007/s11356-017-9208-x

    CAS -Artikel Google Scholar

  6. CEPA (1994) Kanadisches Umweltschutzgesetz, 1994. Liste der vorrangigen Stoffe, Begleitdokument für anorganische Fluoride. Erstellt von Eco-Health Branch und Environment Canada, Ottawa

    Google Scholar

  7. Dalesman S, Lukowiak K (2010) Einfluss akuter Exposition gegenüber niedrigem Kalziumgehalt in der Umwelt auf Atmung und Fortbewegung bei Lymnaea stagnalis (L.). J Exp Biol 213:1471–1476. https://doi.org/10.1242/jeb.040493

    CAS -Artikel PubMed Google Scholar

  8. Dobbs GG (1974) Fluorid und die Umwelt. Fluoride 7(1974):123–135

    CAS Google Scholar

  9. Dong YT, Wang Y, Wei N, Zhang QF, Guan ZZ (2015) Defizite im Lern- und Erinnerungsvermögen von Ratten mit chronischer Fluorose korrelieren mit der verminderten Expression von muskarinischen Acetylcholinrezeptoren vom Typ M1 und M3. Arch Toxicol 89:1981–1991. https://doi.org/10.1007/s00204-014-1408-2

    CAS -Artikel PubMed Google Scholar

  10. Dyer AG (2012) Die rätselhaften kognitiven Fähigkeiten von Bienen: Warum Modelle der visuellen Verarbeitung Erfahrung und individuelle Unterschiede in der Leistung der Tiere berücksichtigen müssen. J Exp Biol 215:387–395. https://doi.org/10.1242/JEB.038190

    Artikel PubMed Google Scholar

  11. Fluorid im Trinkwasser von Calgary [WWW-Dokument]. 2021. URL: https://www.calgary.ca/uep/water/drinking-water/fluoride.html . Abgerufen am 4. Dezember 2021.

  12. Fung KF, Zhang ZQ, Wong JW, Wong MH (1999) Fluoridgehalt in Tee und Erde von Teeplantagen und die Freisetzung von Fluorid in Teebrühe während der Infusion. Environ Poll 104(2):197–205

    CAS -Artikel Google Scholar

  13. Garcia J, Kimeldorf DJ, Koelling RA (1955) Konditionierte Aversion gegen Saccharin infolge von Gammastrahlung. Science 122:157–158. https://doi.org/10.1126/SCIENCE.122.3160.157

    CAS -Artikel PubMed Google Scholar

  14. Hagen HA (1870) Monographie der nordamerikanischen Astacidae. Im illustrierten Katalog des Museums für Vergleichende Zoologie am Harvard College 3: viii

  15. Ito E, Kojima S, Lukowiak K, Sakakibara M (2013) Von Vorlieben zu Abneigungen: Konditionierte Geschmacksabneigung bei der Großen Teichschnecke ( Lymnaea stagnalis ). Can J Zool 91:405–412. https://doi.org/10.1139/cjz-2012-0292

    Artikel Google Scholar

  16. Kagan D, Lukowiak K (2019) Konfigurationslernen bei frisch gesammelten, intelligenten, wilden Lymnaea . J Exp Biol 222:jeb212886. https://doi.org/10.1242/jeb.212886

    Artikel PubMed Google Scholar

  17. Korneev SA, Vavoulis DV, Naskar S, Dyakonova VE, Kemenes I, Kemenes G (2018) Eine CREB2-spezifische microRNA ist für das Langzeitgedächtnis nach einmaligem Lernen erforderlich. Sci Rep 81(8):1–12. https://doi.org/10.1038/s41598-018-22278-w

    CAS -Artikel Google Scholar

  18. Laundré JW, Hernández L, Altendorf KB (2001) Wölfe, Elche und Bisons: Die Wiederherstellung der „Landschaft der Angst“ im Yellowstone-Nationalpark, USA. https://doi.org/10.1139/cjz-79-8-1401

  19. Linnaeus CV (1758) Systema naturae, 1

  20. Liu YJ, Gao Q, Wu CX, Guan ZZ (2010) Veränderungen der nAChRs und ERK1/2 im Gehirn von Ratten mit chronischer Fluorose und deren Zusammenhang mit der verminderten Lern- und Gedächtnisleistung. Toxicol Lett 192:324–329. https://doi.org/10.1016/j.toxlet.2009.11.002

    CAS -Artikel PubMed Google Scholar

  21. Lu YI, Guo WF, Yang XQ (2004) Fluoridgehalt im Tee und seine Beziehung zur Teequalität. J Agric Food Chem 52(14):4472–4476

    CAS -Artikel Google Scholar

  22. Lukowiak K, Sunada H, Teskey M, Lukowiak K, Dalesman S (2014) Umweltrelevante Stressoren verändern die Gedächtnisbildung bei der Teichschnecke Lymnaea . J Exp Biol 217(1):76–83

    Artikel Google Scholar

  23. Orr MV, Lukowiak K (2008) Elektrophysiologische und verhaltensbiologische Belege dafür, dass die Wahrnehmung von Fressfeinden adaptive Verhaltensweisen bei der Schnecke Lymnaea verändert . J Neurosci 28:2726–2734. https://doi.org/10.1523/JNEUROSCI.5132-07.2008

    CAS -Artikel PubMed PubMed Central Google Scholar

  24. Orr MV, El-Bekai M, Lui M, Watson K, Lukowiak K (2007) Fressfeinderkennung bei Lymnaea stagnalis . J Exp Biol 210:4150–4158. https://doi.org/10.1242/jeb.010173

    Artikel PubMed Google Scholar

  25. Ribeiro MJ, Schofield MG, Kemenes I, O'Shea M, Kemenes G, Benjamin PR (2005) Die Aktivierung von MAPK ist für die Langzeitkonsolidierung des Gedächtnisses nach Nahrungsbelohnungskonditionierung notwendig. Learn Mem 12:538–545. https://doi.org/10.1101/LM.8305

    Artikel PubMed PubMed Central Google Scholar

  26. Rigby MC, Jokela J (2000) Vermeidung von Fressfeinden und Immunabwehr: Kosten und Abwägungen bei Schnecken. Proc R Soc Lond Ser B Biol Sci 267:171–176. https://doi.org/10.1098/rspb.2000.0983

    CAS -Artikel Google Scholar

  27. Rivi V, Benatti C, Colliva C, Radighieri G, Brunello N, Tascedda F, Blom JMC (2020) Lymnaea stagnalis als Modellorganismus für die translationale neurowissenschaftliche Forschung: vom Teich zum Labor. Neurosci Biobehav Rev 108:602–616. https://doi.org/10.1016/J.NEUBIOREV.2019.11.020

    CAS -Artikel PubMed Google Scholar

  28. Rivi V, Batabyal A, Juego K, Kakadiya M, Benatti C, Blom JMC, Lukowiak K (2021) Fressen oder nicht fressen: ein Garcia-Effekt bei Teichschnecken ( Lymnaea stagnalis ). J Comp Physiol A 207:479–495. https://doi.org/10.1007/S00359-021-01491-5

    CAS -Artikel Google Scholar

  29. Rosenegger D, Lukowiak K (2010) Die Beteiligung von NMDA-Rezeptoren, PKC und MAPK an der Gedächtnisbildung nach operanter Konditionierung bei Lymnaea . Mol Brain 3:24. https://doi.org/10.1186/1756-6606-3-24

    CAS -Artikel PubMed PubMed Central Google Scholar

  30. Sadamoto H, Sato H, Kobayashi S, Murakami J, Aonuma H, Ando H, Fujito Y, Hamano K, Awaji M, Lukowiak K, Urano A, Ito E (2004) CREB in der Teichschnecke Lymnaea stagnalis : Klonierung, Genexpression und Funktion in identifizierbaren Neuronen des Zentralnervensystems. J Neurobiol 58:455–466. https://doi.org/10.1002/NEU.10296

    CAS -Artikel PubMed Google Scholar

  31. Schafe GE, Atkins CM, Swank MW, Bauer EP, Sweatt JD, LeDoux JE (2000) Die Aktivierung der ERK/MAP-Kinase in der Amygdala ist für die Gedächtniskonsolidierung nach Pawlowscher Furchtkonditionierung erforderlich. J Neurosci 20:8177–8187. https://doi.org/10.1523/JNEUROSCI.20-21-08177.2000

    CAS -Artikel PubMed PubMed Central Google Scholar

  32. Seligman ME (1970) Zur Allgemeingültigkeit der Lerngesetze. Psychol Rev 77:406–418. https://doi.org/10.1037/h0029790

    Artikel Google Scholar

  33. Sigler WF, Neuhold JM (1972) Fluoridvergiftung bei Fischen: eine Übersicht. J Wildl Dis 8(3):252–254

    CAS -Artikel Google Scholar

  34. Skjelkvåle BL (1994) Wasserchemie in Gebieten mit hoher Fluoridbelastung. Sci Tot Environ 152(2):105–112

    Artikel Google Scholar

  35. Šket T, Kukec A, Kosem R, Artnik B (2017) Die Geschichte der Anwendung von Fluoriden im Bereich der öffentlichen Gesundheit zur Kariesprävention. Slov J Public Heal 56:140–146. https://doi.org/10.1515/sjph-2017-0018

  36. Spyra A, Strzelec M (2014) Identifizierung von Faktoren, die mit dem Vorkommen eingeschleppter Schneckenarten in isolierten Waldgewässern in Zusammenhang stehen. Naturwissenschaften 101:229–239. https://doi.org/10.1007/s00114-014-1153-7

    CAS -Artikel PubMed PubMed Central Google Scholar

  37. Swinton C, Swinton E, Shymansky T, Hughes E, Zhang J, Rothwell C, Kakadiya M, Lukowiak K (2019) Konfigurales Lernen: eine höhere Lernform bei Lymnaea . J Exp Biol 222:jeb190405. https://doi.org/10.1242/jeb.190405

    Artikel PubMed Google Scholar

  38. Taylor L, Watkins SL, Marshall H, Dascombe BJ, Foster J (2016) Der Einfluss unterschiedlicher Umweltbedingungen auf die kognitive Funktion: eine fokussierte Überprüfung. Front Physiol 6(6):372

    PubMed PubMed Central Google Scholar

  39. USDA Nutrient Data Laboratory Beltsville Human Nutrition Research Center Agricultural Research Service (2005) USDA Nationale Fluoriddatenbank für ausgewählte Getränke und Lebensmittel, Band 26. USDA Nationale Fluoriddatenbank für ausgewählte Getränke und Lebensmittel, USA

    Google Scholar

  40. Zanette LY, Clinchy M (2019) Ökologie der Angst. Curr Biol 29:R309–R313. https://doi.org/10.1016/J.CUB.2019.02.042

    CAS -Artikel PubMed Google Scholar

  41. Zhang J, de Freitas E, Lukowiak K (2018) Schwarzer Tee unterscheidet sich von grünem Tee: Er unterdrückt die Bildung des Langzeitgedächtnisses bei Lymnaea. Comm Int Biol 11(3):1–4

  42. Zhao Q, Niu Q, Chen J, Xia T, Zhou G, Li P, Dong L, Xu C, Tian Z, Luo C, Liu L, Zhang S, Wang A (2019) Rolle der Hemmung der mitochondrialen Fission bei der entwicklungsbedingten Fluoridneurotoxizität: Wirkmechanismen in vitro und Zusammenhänge mit der Kognition bei Ratten und Kindern. Arch Toxicol 93:709–726. https://doi.org/10.1007/S00204-019-02390-0

    CAS -Artikel PubMed Google Scholar

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