Zakaj čistilec Baikal potrebuje zobne krone

Zakaj čistilec Baikal potrebuje zobne krone

Igor Zaydykov
"Science Firsthand" št. 2 (68), 2016

O avtorju

Igor Y. Zaydykov – vodja inženirja ihtiološkega laboratorija Limnološkega inštituta sibirskega podružnice Ruske akademije znanosti (Irkutsk). Avtor in soavtor 5 znanstvenih člankov.

Drobni copepod raki – Baikal epishura – eden izmed najbolj znanih bajkovskih endemikov. Ta prevladujoča vrsta zooplanktona jezera Baikal je najpomembnejši del prehrambene piramide sladkovodnega oceana. Hrani na bakterijah in enoceličnih algah, sam pa služi kot hrana za baikalski omul in druge pelagične ribe.

Danes lahko rak filtrira približno en kozarec vode, s čimer sodeluje pri čiščenju vodah Baikal. Toda za raziskovalce je ta vodni nevretenčar zanimiv sam po sebi: v svoji biologiji in ekologiji še vedno obstaja veliko skrivnostnih stvari – od močnih silikonskih "zob" do speciacij.

Baikal epishura (Epischura baicalensis) – je planktonski organizem (od grškega. πλανκτον – "naraščajoče, lutanje"), ki živi v vodnem stolpcu jezera. Tako kot večina planktonskih organizmov je sorazmerno majhna (približno 1,5 mm) v velikosti in skoraj prozorna. Prav tako hrani plankton, le fotosinteziranje (majhne enocelične alge), pa tudi bakterije.

Rod Epischura spada v prostoživeče kopopodske rake podrazreda Copepoda.Predstavniki tega rodu najdemo v sladkovodnih telesih Azije in Severne Amerike, tudi na Velikih ameriških jezerih, na Daljnem vzhodu v porečju r. Kupid in, končno, v najglobljem in najstarejšem jezeru planeta – Baikalu. Delež epishure na jezeru Baikal je okoli 80% vseh rakov in celotna biomasa v jezeru, odvisno od leta in sezone, znaša od 60 do 950 tisoč ton. Epishura hrani, filtrira hrano iz vode z več pari usta, ki ustvarjajo tok vode in hkrati tvorijo nekaj podobnega filtrirnemu omrežju, ki ujame delce, ki jih potrebuje. Danes lahko rak filtrira približno en kozarec vode, s čimer sodeluje pri čiščenju vodah Baikal. Bajkalna epishura hrani bakterije in enocelične alge, med katerimi prevladujejo diatomeji, ampak služi kot hrana za druge rake (ciklopope, makrohektope) in za vse pelagične ribe (omul, golomyanka, rumene krilatne ribe itd.). Tako je epishura najpomembnejša povezava v verigi prenosa energije iz fitoplanktona v plenilsko zooplankton in ribe.

Epishura dobi hrano z uporabo celotnega kompleksa usta udov, ki ustvarjajo tok vode,iz katerih raki in ulovu užitne predmete. Postopek prehranjevanja se načeloma ne razlikuje od načina hranjenja drugih copepodov. Kljub temu številni vidiki življenja tega predstavnika najstarejše skupine členonožcev ostajajo nejasni znanstvenikom. Epishurs so že prej napisali o "razumljivosti" hrane (Melnik, 2004), danes pa bomo razpravljali o metodah za preučevanje tega vodnega raka in najzanimivejših novih rezultatih glede značilnosti populacije in strukture ustnega aparata.

Barve označujejo različne skupine ušnih udov. E. baicalensis: An1 – prve antene; An2 – druge antene; Mb – mandibles; Mx1 – prve maksileje; Mx2 – drugi maxillae; Mp – maxillipeda. Skeniranje elektronske mikroskopije

Ulov načrta velik in majhen

Za pridobitev zadostnega števila primerkov za raziskovanje in tistih, ki niso zbrani na eni točki v vodnem območju, mora imeti ladja posebno opremo: električni vitel z zmožnostjo prilagoditve hitrosti kabla, posebnih planktonskih mrež itd.

Ladijska sezona za floto Limnološkega inštituta sibirskega podružnice Ruske akademije znanosti se odpre na Baikalu konec maja, ko se led začne pravkar.Praviloma se vse začne s kompleksnimi ekspedicijami, ko kemiki, fiziki in biologi gredo na isto ladjo. Vsak od nas ima svoje naloge, moj vzame vzorce zooplanktona za sebe in druge raziskovalce. To se naredi s pomočjo omrežij zooplanktona, zlasti omrežij Jedi in JOM (to je večji oceanski model omrežja Jedi), na katerega je pritrjena obremenitev 8-15 kg (večje je omrežje, večja je obremenitev).

Omrežja so pritrjena na kabel vitla in spuščena na želeno globino, nato pa se dvignejo z določeno hitrostjo (približno 1 m / s). Če premaknete planktonsko mrežo prehitro, voda ne bo imela časa za prehod skozi majhne odprtine filtrirnega dela mreže in bo začela odvračati, kaj je treba ujeti z obratnim tokom. Če bi se premaknili preveč počasi, organizmi, ki so bili ujeti, čutili nekaj, so bili napačni, imeli čas, da bi "potonili" v različnih smereh. Potrebno je nadzorovati ne le hitrost vzpona omrežja, temveč tudi tam, kjer jo piha: ko zapusti vodo, jo je mogoče zategniti pod ladjo, kjer bo poleg ulova zbrala še več umazanije in rasti od dna ladje ali celo odšla.

V nekaterih primerih je pomemben kot nagiba mreže, na katerem pride iz vode.Kadar je potrebno vzeti vzorec iz določenih globin, se uporablja posebna naprava – "kontaktor", ki zapre omrežje na zahtevani globini s pomočjo nosilca tovora in ustavi nadaljnje filtriranje. Istočasno se omrežje ne ustavi in ​​raziskovalec mora izračunati, na podlagi hitrosti vzpona omrežja in hitrosti spuščanja nosilca tovora, globine, kjer se bodo srečali, in omrežje se bo zaprlo.

Vzorčenje vzorcev planktona traja od 10-15 minut do nekaj ur, odvisno od števila vzorcev na določeni točki in globin, do katerih bi bilo treba zmanjšati omrežje. Baikal, kot je znano, je najgloblje jezero na svetu, vendar se mreža praviloma ne zniža za več kot pol tisoč metrov. Čeprav se občasno odvzemajo vzorci iz globin do 700 m.

Vetrnik na Baikalu je pogost pojav, pri temperaturi vode pa okoli 4 ° C, tako kot v začetku ekspedicijske sezone, ne moremo narediti brez dobre zimske jakne, kape in toplo vodotesnih hlač.

Zakaj imaš tako velike zobe?

Eden od ciljev naše študije je bil proučiti usta udov epishure z uporabo skeniranje elektronski mikroskop. Podobne študije so bile izvedene že prej, vendar s pomočjo metod lahke mikroskopije.Vendar pa smo zaradi višje ločljivosti elektronskega mikroskopa ne samo pojasnili obstoječih podatkov, temveč tudi odkrili nova dejstva.

Mandilni rezalni robovi E. baicalensistesno zaprta za sekljanje hrane

Med enoceličnimi algami, ki so vključene v prehrano bajkalne epishure, najpomembnejše mesto zasedajo diatomeji – enocelični fotosintetični organizmi, prekriti s fancy "lupino" silicijevega dioksida. Če želite ugrizniti skozi takšno lupino, morate imeti močne zobe in imeti epishuro. Natančneje, na enem od zob čeljusti (mandibles) ima posebno krono.

Mandibularni zob E. baicalensis, rumeno označena silikonska krona

Uporaba posebne sonde na skenirnem elektronskem mikroskopu KITA 200 podjetja FEI je uspelo ugotoviti, da je sestava teh trajnih zobnih krone silicij. Poleg tega se je izkazalo, da ko se "mletijo" ali prekinejo sčasoma, na svojem mestu rastejo nove. Podobne silicijeve krone smo našli tudi v drugih vrstah epishure, le vsebnost silicija se je razlikovala. Izkazalo se je, da je slednja povezana s prehrano, oziroma z debelino in močjo školjk diatomej,ki se prehranjujejo z raki (Naumova et al., 2015).

Mandilna rezalna ploskev E. baicalensis, krog kaže zob z zlomljeno silikonsko krpo

Strukture, ki vsebujejo silikon, so redke pri živalih: v njih je pogostejši kalcij. V različnih vrstah epishure je mogoče opaziti, kako posamezniki izgubljajo silicij, če začnejo jesti alge z manj trpežnimi lupinami ali drugimi planktonskimi organizmi.

Eden in nedeljiv

Naslednje vprašanje, ki smo ga vzeli, je, ali epishura v Baikalu predstavlja eno veliko prebivalstvo ali pa pade v ločene izolirane ali skoraj izolirane skupine?

V iskanju odgovora smo primerjali fragmente mitohondrijskega gena, ki kodira prvo podenoto ene od encimov, citokrom oksidaze (COI), vzetih iz vzorcev epishure iz različnih delov jezera. Mitohondrijsko DNA smo izolirali iz plavalnih nog rakov, da bi truplo preučevanih vzorcev ohranili čim bolj celovito za dodatne morfološke študije.

Po izvedbi standardne polimerazne verižne reakcije (PCR) in dešifriranja primarne strukture DNK so nastale nukleotidne sekvence primerjali med seboj in na tej podlagi zgradili tako imenovane "drevesa haplotipov".Haplotip je edinstven sklop povezanih genetskih lokusov, in drevo haplotipov združuje enake sekvence DNA v "sorodne" skupine.

Ena od variant srednjega omrežja haplotipov, zgrajene v programu MREŽA 4.5 ki temelji na COI mtDNA genih fragmentu bajkalne epishure. Barve predstavljajo območje jezera. Baikal (severne, osrednje in južne votline), kjer so bili odvzeti vzorci. Velikosti kroga so sorazmerne s številom posameznikov z ustreznim haplotipom. Na desni: to je živa epišura Baishal v vidnem polju mikroskopa

Kot je znano, se spremembe (substitucije) v strukturi DNK kopičijo postopoma, in čim manj takšnih zamenjav v primerjanih organizmih, tem bolj so bližji kot skupni predniki na "rodovniško drevo". Če bi populacija epishure v različnih delih Bajkala živela in se samostojno razvijala samostojno, bi to nujno vplivalo na prostorsko porazdelitev skupin in grozdov različnih haplotipov. Vendar pa so rezultati analize mitohondrijskih genov pokazali popolnoma drugačno situacijo: izkazalo se je, da je celotna bajkovska epishura v jezeru zastopana z enim velikim prebivalstvom (Zaydykov et al., 2015).

Študije drobnega, skoraj nevidnega za oko endemičnega copepipa so ustvarile zanimive temeljne rezultate. Prvič, ta prebivalec planktonskega sloja je pokazal močne kremne "zobe" – redkost v živalskem svetu.

Drugič, spominjamo se, da ima jezero Baikal dolga več kot 600 km, njegova širina pa v nekaterih krajih doseže skoraj 80 km, z dvigom dna jezera pa je jezero razdeljeno na tri velike vdolbine. Vse to že dolgo časa daje razlog za dvom, da ima majhen rak lahko en sam prebivalec v vsem tem ogromnem prostoru – na lestvici epishure samo kozmično! Izkazalo se je, mogoče. In ko bomo uspeli razumeti vzroke tega pojava, se lahko malo bolj približamo razumevanju, kako se pojavijo speciacije na Zemlji.

Literatura:
1. Melnik N. G. Rak Baikalskih vodov // Znanost prve roke. 2004. Vol 3. No. 2. S. 95-99.
2. Noisy V. K. Nature je bil prvi genski inženir // znanost iz prve roke. 2004. Vol 3. No. 2. S. 33-39.
3. Zaydykov I. Yu., Major T. Yu., Sukhanova L. V. in drugi. Polimorfizem mtDNA episure jezera Baikal – ključna endemična vrsta planktonske skupnosti // Genetika. V. 51. Ne. 9. str. 1087-1090.
4. Naumova E. Yu., Zaidykov I. Yu., Tauson V.L., Likhoshway Ye. V.Sladkovodne vrste štirih sladkovodnih vrst Epischura (Copepoda: Calanoida) // Časopis o rakovem biolu. V. 35. Izd. 6. str. 741-746.

Publikacija je uporabila fotografije avtorja.


Like this post? Please share to your friends:
Dodaj odgovor

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: