周囲CO2、魚の挙動、およびGABA作動性神経伝達の変化：高炭酸ガス症の居住者を低CO2レベルに引き下げることにより、CO2変動挙動のメカニズムを探る

最近の研究では、水生CO2レベルの予測上昇により、GABA作動性神経伝達の変化と行動の混乱を引き起こし、フィットネスと人口の生存を脅かす魚の酸塩基調節反応が発生することが示唆されています。神経膜全体のCl（ - ）およびHCO3（ - ）勾配の変化は、GABA依存性アニオンチャネル（GABAA受容体）の機能を妨げると考えられています。これまでのところ、このような変化は、多くの海洋生息地のような低CO2環境に住んでいる種を高レベルのCO2（高炭酸ガス）にさらすことにより、実験的に明らかにされてきました。この現象の一般性を調べるために、私たちは反対の状況を研究することに着手しました。通常、高炭酸症の環境に住んでいる魚は、低いCO2レベルにさらされると行動の変化も示すと仮定します。これは、魚の脳のイオン調節が一般的なCO2条件に微調整されていることを示しています。高CO2（3.1 kPa）または低CO2（0.04 kPa）の水に順応した高炭酸ガス川に自生した魚であるパンガシアノドン低眼球の行動反応を定量化しました。脳と血液のpHが積極的に調節され、低CO2魚がGABAA受容体遮断薬であるガバジンで治療した後に著しく高い活性レベルを示したことがわかりました。これは、GABAA受容体とCl（ - ）およびHCO3（ - ）イオン勾配の変化の関与を示しています。実際、ゴールドマンの計算は、低レベルの環境CO2がP. hypophthalmusの神経イオン勾配に有意な変化を引き起こす可能性があることを示唆しています。まとめると、魚の脳イオンの調節は、普及している周囲CO2条件に微調整されており、これらの条件が変化した場合に混乱を招く傾向があることを示唆しています。

Recent studies suggest that projected rises of aquatic CO2 levels cause acid-base regulatory responses in fishes that lead to altered GABAergic neurotransmission and disrupted behaviour, threatening fitness and population survival. It is thought that changes in Cl(-) and HCO3 (-) gradients across neural membranes interfere with the function of GABA-gated anion channels (GABAA receptors). So far, such alterations have been revealed experimentally by exposing species living in low-CO2 environments, like many oceanic habitats, to high levels of CO2 (hypercapnia). To examine the generality of this phenomenon, we set out to study the opposite situation, hypothesizing that fishes living in typically hypercapnic environments also display behavioural alterations if exposed to low CO2 levels. This would indicate that ion regulation in the fish brain is fine-tuned to the prevailing CO2 conditions. We quantified pH regulatory variables and behavioural responses of Pangasianodon hypophthalmus, a fish native to the hypercapnic Mekong River, acclimated to high-CO2 (3.1 kPa) or low-CO2 (0.04 kPa) water. We found that brain and blood pH was actively regulated and that the low-CO2 fish displayed significantly higher activity levels, which were reduced after treatment with gabazine, a GABAA receptor blocker. This indicates an involvement of the GABAA receptor and altered Cl(-) and HCO3 (-) ion gradients. Indeed, Goldman calculations suggest that low levels of environmental CO2 may cause significant changes in neural ion gradients in P. hypophthalmus. Taken together, the results suggest that brain ion regulation in fishes is fine-tuned to the prevailing ambient CO2 conditions and is prone to disruption if these conditions change.