| dc.description.abstract | Kristisk temperatur maksimum (KTmax), definert som temperaturen hvor bevegelse blir uorganisert og yteevnen går tapt, er ofte brukt til å estimere dyrearters øvre temperatur toleranse. På grunn av de pågående klima forandringene er informasjon angående KTmax av ytterst viktighet for at forskere bedre kan predikere og dempe de mulige konsekvensene av økte vanntemperaturer og stokastiske varmerelaterte værhendelser på arters distribusjon og overlevelse. De fysiologiske mekanismene bak KTmax fortsetter å være en kilde til pågående debatter i temperaturbiologiens forskningsmiljø. En av hoved hypotesene foreslår at varmeindusert dysfunksjon i neurale mekanismer ligger til grunn for den økologiske døden som observeres ved KTmax. Imidlertid har lite eksperimentelt bevis blitt samlet for å teste denne hypotesen. Derfor vil denne hovedoppgaven utforske hvorvidt varmeinduserte forandringer i neurale dynamikker forekommer like før eller samtidig som forandringer i normal bevegelsesadferd observert ved KTmax temperaturer. For å teste denne hypotesen ble transgenetiske zebrafisklarver, som uttrykker fluoriserende kalsium indikatorer i hjernen, utsatt for en standardisert oppvarming frem til KTmax ved hjelp av en spesialdesignet arena som tillot måling av både adferd og neurale forandringer.
Siden lite er kjent angående zebrafisklarvens adferdrespons til temperaturøkninger ble flere bevegelsesparametere først kvantifisert under oppvarmingen i frittsvømmende larver. Oppvarmingen fremkalte bevegelsesforandringer slik som en tofaset forandring av svømmehastigheten, så vel som en betydelig økning i uorganisert sirkulær svømming samt tap av balanse hos varmeutsatte larver. Deretter ble neural aktivitet fra hele hjernen målt ved hjelp av epifluorescensmikroskop i fastspente larver utsatt for den samme oppvarmingen. Dette avslørte en tofaset forandring i frekvensen av kalsium aktivitet i hjernestammen som gjenspeilet de målte forandringene i svømmehastigheten hos frittsvømmende larver. Dessuten, epileptisk-lignende anfall bestående av sakte utbreende hjerneomfattende høyamplitude depolariseringer, som oppstod i ventral-diencephalon, inntraff ved temperaturer i nærhet av larvenes øver temperatur toleranse. Til slutt ble målinger av både adferd og neural aktivitet utført samtidig i frittsvømmende larver. Dette avslørte at KTmax intreffer i gjennomsnitt 0.5°C før det hjerneomfattende epleptisk-lignende anfallet. | |
| dc.description.abstract | Critical thermal maximum (CTmax), defined as the temperature at which locomotion becomes disorganized and performance is lost, is often used to estimate animal species’ upper thermal tolerance. Due to the ongoing climate change, information regarding CTmax is of uttermost importance for scientists to better predict and mitigate the possible outcomes of elevated water temperatures and stochastic heating-events on species’ distribution and survival. The physiological mechanisms underlying CTmax remain a source of ongoing debates in the field of thermal biology. One of the main hypotheses proposes that heat-induced neural dysfunction underlies the ecological death observed at CTmax. However, little experimental evidence has been collected so far to test that hypothesis. Therefore, this thesis seeks out to investigate whether heat-induced alterations in neural dynamics occur slightly before or simultaneously with the alterations to normal locomotor behaviour observed at CTmax temperatures. To test this hypothesis, transgenic zebrafish larvae, expressing a fluorescent calcium indicator in the brain, were exposed to a standardized heat-ramp until the onset of CTmax using a custom-made arena allowing for measurements of both behaviour and neural alterations.
Since little is known regarding larval zebrafish behavioural responses to temperature elevations, several locomotor parameters were first quantified during the heat-ramp in freely swimming larvae. Heat-ramps brought forth locomotor changes, such as a biphasic elevation of swimming speed, as well as a substantial increase in the amount of disorganised circular swimming and loss of equilibrium in the heat-exposed larvae. Second, brain-wide neural activity was measured using epifluorescence microscopy in head-restrained larvae submitted to the same heat-ramp. This revealed a biphasic change in the frequency of calcium transients in the brainstem, that mirrored the changes in swimming speed measured in freely swimming larvae. Moreover, seizure-like events, consisting in a brain-wide large amplitude slow propagating depolarization, that originated in the ventral diencephalon, occurred at temperatures close to the larvae’s upper thermal tolerance. Finally, simultaneous measurements of behaviour and neural activity in freely swimming larvae revealed that the onset of CTmax slightly preceded the brain-wide seizure-like event with 0.5°C on average. | en |