Все животные должны есть, чтобы выжить. Если вы слышали термин «пастух» раньше, он может вспомнить знакомых сельскохозяйственных животных, таких как коровы или овцы, жующие на пастбищах. Но в океане есть своя своя дичь, с очень разными - даже странными - формами тела и методами кормления. Вместо зубов одна группа этих беспозвоночных использует листы слизи, чтобы потреблять огромное количество крошечных похожих на растения частиц. В нашей новой статье мы с коллегами предлагаем новую классификацию для этой упущенной группы: «пастилки слизистой сетки» в знак признания их необычной стратегии кормления.
В отличие от слизи в наших носах, которая выглядит аморфной и пузырчатой, слизистые слои этих океанских травоядных могут быть структурированы в декоративные сетки и сети. Эти слизистые простыни могут функционировать как фильтр, чтобы поймать в пищу продукты размером с бактерии. Сами пастухи по сравнению с ними мамонты: до 10000 раз больше, чем их еда. Если бы люди ели такую маленькую еду, вы бы собирали соль и сахарные зерна с вашей тарелки.
Морские биологи, такие как я, привыкли думать, что слизистые выпасы - это «универсальная» стратегия кормления - идея заключалась в том, чтобы эти ребята просто покушались на то, что поймали их слизистые. Но недавние технологические достижения помогают нам понять, что слизистые травоядные могут быть придирчивыми. И то, что они потребляют - или нет - влияет на пищевые сети океана.
Изысканные фильтрующие сетки (усиленные в 1000 раз и окрашенные в ярко-зеленый цвет на этом изображении) улавливают частицы, намного меньшие, чем сами пастилки. (Келли Сазерленд, CC BY) Как работает выпас слизистых сеток?
Гразеры слизистой сетки включают сальпы, пиросомы, долиолиды, птероподы и аппендикуляры. Они, как правило, сантиметров в длину, примерно от размера вашего ногтя до размера вашей руки. Некоторые образуют колонии, состоящие из множества особей в длинных цепях, которые могут быть намного длиннее. Эти существа большие и водянистые по сравнению с твердыми планктонными собратьями. Если бы вы наступили на одну, она бы сжималась, а не хрустела. В основном водоем позволяет им быстро расти большими.
Грейзеры слизистых сеток свободно плавают и подходят для открытого океана. Они живут далеко от берега, где еды мало и часто мало. Крошечные отверстия и волокна их слизистых сеток позволяют им захватывать микроскопические частицы, которые они впоследствии проглатывают, иногда вместе со слизью.
В отличие от пауков, которые вращают свои питательные сети, эти травоядные имеют специальный орган, называемый эндостилем, который секретирует их слизистую сетку. В зависимости от травоядной, слизистая сетка может располагаться как внутри, так и снаружи тела. Например, одна группа выделяет достаточно большой слизистый пузырь, чтобы животное могло жить внутри, как дом. Другая группа, по прозвищу морские бабочки, выделяет слизистые ткани, которые прикрепляются к их ногам в форме крыльев. Эти слизистые ткани варьируются в размерах от дюйма до более 6 футов.
Расположение слизистой сетки для разных групп травоядных. Слизистая сетка окрашена в соответствии с тем, как грейзеры протекают через сетку или через нее. 'MW' показывает слизистую паутину морской бабочки, или косоножку птеропод. (Кейтлин Вебстер / www.bywebbie.com, CC BY) Исторически, ученые предполагали, что травоядные из слизистой оболочки съедали все, что проходило через слизистое сито - подобно фильтру в сливе кухонной раковины, улавливая все предметы определенного размера, которые попадают внутрь. Недавние исследования моей лаборатории и других опровергают это предположение и показывают, что их кормление может быть очень избирательным. Слизь может идеально захватывать определенные частицы пищи, в то же время полностью отбрасывая другие частицы на основании их размера, формы или свойств поверхности.
Например, при представлении смеси кусочковидных и сферических частиц пищи - различной формы, но в остальном схожих по размеру - один из видов травоядных слизистых преимущественно поглощает сферические частицы.
Частицы разного размера и формы (шаровидные и стержневые) из рассеченной кишки слизисто-сетчатой травки, аппендикуляра Oikopleura dioica. (Китс Конли, CC BY) Это немного похоже на выбор тэттеров вместо картофеля фри: они оба сделаны из картофеля и примерно одинакового размера, но имеют разные формы. «Выбор» пищи слизистых травоядных пассивен, хотя и связан с тем, как добыча различной формы ориентируется в морской воде и пересекает сетку.
Грейзеры могут «выбирать» добычу, но жертва также может иметь возможность высказаться по этому вопросу - пассивно или активно. Например, некоторые бактерии имеют тефлоноподобные поверхности и не прилипают к слизистым сеткам, поэтому они почти никогда не потребляются. То, как все различные свойства добычи могут влиять на выпас, недооценивалось до недавнего времени.
Недостаточно изучен, но не менее важен
Океанографам интересно, как материал движется через океан и как этот процесс может быть опосредован организмами. Могучие слизистые сетки могут быть пропущены часть цикла.
Тот факт, что они не одинаково захватывают всех жертв, имеет важные последствия для того, как углерод движется через океан. После подачи слизистых травоядных, они упаковывают непереваренные частицы пищи в слизистые фекальные шарики или другой исходный материал. Переупаковка частиц добычи с помощью липкой слизи концентрирует мелкую добычу в более крупные агрегаты, что позволяет им быстрее погружаться. Это в конечном счете перемещает органический материал к океанским глубинам, потенциально храня это в течение многих лет или даже столетий. На глубине этот материал недоступен большинству морских организмов, обитающих вблизи поверхности.
«Салпатрон» позволяет исследователям проводить исследования по кормлению под водой. (Gitai Yahel / Ayelet Dadon-Pilosof (www.gitaiyahel.com), CC BY-ND) До последнего десятилетия у ученых не было технологических инструментов, позволяющих наблюдать за тем, что происходит с травоядными слизистыми в их естественной среде обитания, в соответствующих крошечных масштабах. Поскольку эти организмы довольно хрупкие, сейчас исследователи в моей лаборатории и другие используют подводное плавание или роботов, чтобы непосредственно наблюдать их под водой. Эти тщательные, тщательные наблюдения с использованием высокоскоростных камер и подводных микроскопов или исследования питания в естественной среде показали нам, как они отбирают одни частицы и отбрасывают другие.
Высокоскоростная подводная камера (Б. Джеммелл, С. Колин, Дж. Костелло, CC BY-ND) Дальнейшие достижения будут сочетать подводные методы с последними разработками в области визуализации и генетического секвенирования, чтобы пролить свет на роль питателей слизистой сетки в формировании структуры сообщества микробов океана. Подводная съемка позволяет беспрепятственно наблюдать за этими хрупкими существами. Исследователи могут наблюдать за тем, как отдельные частицы ведут себя на сетке и в конечном итоге они захватываются. Генетическое секвенирование, используемое в контексте исследований по кормлению, помогает ученым идентифицировать и различать группы крошечных микробов, которые часто невидимы невооруженным глазом.
Знание того, какие частицы потребляются, а какие нет, говорит нам о влиянии слизистых кормов на пищевые сети океана.
Изменение океанов, изменение воздействия
Придирчивое употребление в пищу слизистыми сетками может иметь серьезные последствия для биогеохимических циклов, особенно в свете изменяющихся условий океана. Экологические факторы, такие как температура океана, наличие питательных веществ, а также тип и количество добычи, влияют на то, когда и где появляются слизистые травоядные, как долго они остаются и влияют на пищевые сети океана.
Цветение пиросом у побережья Орегона в феврале 2018 года. Снимок был сделан на глубине около 60 м, где был слой пиросом, вероятно, активно питающийся мелкими частицами. (К. Сазерленд / Х. Соренсен, CC BY-ND) Более тропический вид слизисто-пасущихся пиросом ( Pyrosoma atlanticum ) представляет собой тематическое исследование. Типичные в более теплых водах вплоть до северной части Южной Калифорнии, они смутили ученых и рыбаков, когда они появились у побережья Орегона в 2014 году.
Никто не знает, почему появились пиросомы, но примерно в это же время температура в океане повышалась. Как и другие травосборники слизистой, мелкий пиросомный фильтр позволяет им пастись на более мелких частицах, которые связаны с более теплой, менее богатой питательными веществами поверхностной водой - добычей, слишком маленькой для большинства других животных, чтобы поймать ее. Вместе с другими исследователями на западном побережье моя лаборатория активно работает над тем, чтобы понять, почему появились пиросомы, как они могут повлиять на морскую экосистему и сохранятся ли они.
Грейзеры в океане по своей природе более сложны для изучения, чем те, что на суше; мы продолжаем узнавать больше о том, кто они через то, что они едят.
Эта статья была первоначально опубликована на разговор.
Келли Сазерленд, доцент биологии, Университет Орегона
