Šalmai ir adatos • Sergejus Glagolev • Populiariosios mokslinės užduotys "Elementai" • Biologija

Šalmai ir adatos

Užduotis

Pav. 1. Vasaros moterys Daphnia retrocurva. Nuotrauka iš cfb.unh.edu

Daugelyje planktoninių vėžiagyvių rūšių dafnidai yra ryškūs ciklomorfai. Taip vadinami sezono skirtumai tarp skirtingų tos pačios rūšies kartų išorinės struktūros. Žiemą ir pavasarį dafnijos yra didesnės, jų galva yra apvali, akis yra didelis, o uodeginė adata (išaugęs kūno viršutinėje dalyje) dažnai yra gana trumpas. Iki pradžios ar vasaros vidurio, kūno dydis (apvalkalo ilgis ir svoris) ir akies skersmuo sumažėja, uodeginis adatos ilgis didėja, ant galvos pasirodo ilgas išsiplėtimas – šalmas. Kai kuriose rūšyse ji plati (1 pav.), Kitose siauresnė (2 pav., Viršutinė eilutė), kartais panaši į adatą. (Šie ženklai atsiranda naujose kartose – vaikai ir anūkai iš pavasario daphnidų!) Rudens ir žiemos laikotarpiu (jei dafnijos žiemą praleidžia aktyvioje būsenoje, o ne kiaušinių poilsiui), šalmas dažniausiai mažėja arba dingsta.

Pav. 2 Ciklomorfozė dviejų tipų dafnijose – D. cucullata viename iš Danijos ežerų ir D. retrocurva viename iš JAV ežerų. Vaizdas iš studyblue.com

Ar manote kas yra Ar prisitaikanti šių pokyčių prasmė? Kodėl? Dafnijai reikia šalmo ir ilgos uodegiosios adatos vasarą ir kodėl ar jie auga pavasarį ir žiemą?


1 patarimas

Pav. 3 Spygliai ant apvalkalo atsiranda vasaros kartos rotifers Brachionus. Vaizdas iš plankt.oxfordjournals.org

Tokie ilgi augalai suformuojami ne tik dafnijose, bet ir kituose planktoniniuose organizmuose, pavyzdžiui, rotifers (3 pav.) Ir žarzlių žarnos. Tačiau jų vasaros kartos, turinčios išaugimą, paprastai yra ne mažesnės nei pavasario, bet didesnės.


2 patarimas

Viename iš dviejų ežerų, esančių šalia vienas kito toje pačioje klimato zonoje, dafnijos gali patirti tipinę ciklomorfozę, o kitoje vasarą tų pačių rūšių dafnidai mažėja, o akių skiltis mažėja, bet šalmas neauga. Tropikoje vaizdas yra panašus – kai kuriose vandens telkiniuose dafnidai turi ciklomorfozę, o kituose vandens telkiniuose tos pačios rūšies dafnijos gali tai neturėti arba silpnai išreikšta.


Sprendimas

Pav. 4 Dafnijos antena. Nuotraukos iš svetainės micrographia.com

Dafnidų ir rotiferių ciklamorfozės tyrimas turi ilgą istoriją, todėl nėra jokių hipotezių apie adatų ir šalmų atsiradimo priežastis ir vaidmenį. Iš pradžių kai kurie mokslininkai vasaros ir pavasario Dafnės veisles apibūdino kaip atskiras rūšis (tačiau toks atsakymas prieštarautų problemos būklei). Tada atsirado mintis, kad išaugimas palengvina vandens garavimą. Negyvosios dafnijos kriauklė (traukia chitininį apvalkalą iki apačios). Todėl gyvenantys daphnijos praleidžia energiją, kad liktų vandenyje: jie visą laiką plūduriasi aukštyn.

Dafniai plaukioja antenomis – antenos padengtos plunksnomis šeriais (4 pav.). Kai dafnija sveria savo šakeles, nuleidžiant juos, visi šeriai išsilydo ir stumia vėžiagyvių kūną į priekį. Kai dafnijos pakelia antenas, visi šeriai sulankstyti, atsparumas vandeniui mažėja ir vėžiagyvis vargu ar grįžta. Ir intervalas tarp antenos streikų, dafnijos lėtai nusileidžia.

Ilgą laiką manoma, kad augalai sulėtina nardymą. Štai kaip jų vaidmuo yra aprašytas, pavyzdžiui, populiariame knygoje "Gyvūnas Gyvas":

Daugelio šakotų vėžiagyvių gyvenimas vandens stulpelyje yra susijęs su vienu įdomiu reiškiniu, vadinamu ciklomorfozė. Jos esmė yra tai, kad tam tikrų tipų apvalkalo forma ir dydis natūraliai skiriasi nuo metų metų. Vasarą kai kuriose dafnijos rūšyse ant galvos pasirodo vadinamoji "šalmas", o "Bosmin" ant nugaros pusės atsiranda "kumpis". Be to, Dafnijoje, korpuso galinis nugarėlė yra išplėsta ir Bosmin priekinėse antenose (198 pav.). Šie pokyčiai vyksta lygiagrečiai su vandens temperatūros pasikeitimu. Tačiau šiuo atveju svarbu ne pati temperatūra, bet jos poveikis vandens tankumui. Šildomas vanduo turi mažesnį tankį negu atšaldytas.Norėdami judėti ir išsiplėsti mažiau klampiame šildomame vandenyje, reikalingi ilgesni procesai ir kartais kita kūno forma. Todėl vasaros formos Daphnia ir Bosmin sukūrė specialius prietaisus judėjimo ir sprogimo tokiomis sąlygomis. Vandens tankio vertę vėžiagyvių kūno formos pokyčiams patvirtina EF Manuilova pastabos apie Balkhasho ežero dafnijas. Šiame ežere druskingumas iš rytų į vakarus palaipsniui didėja, o vanduo tampa vis tankesnis. Vietinis Planktonas Daphnia – Daphnia balchashensisgyvenantis santykinai dideliu druskingumu, turi visiškai apvalią galvą, o gyvenantis išsilygintoje ežero dalyje turi galvą su šaltuoju atgal.

Atrodo, kad viskas sutampa – vis tiek išlieka abejonės. Pirma, jei vandens tankis 4 ° C temperatūroje imamas kaip 1, tada 20 ° C temperatūroje bus 0,998. Ir dėl šių dešimtų tūkstantųjų auga šalmai? Antra, neaišku, kodėl kaimyniniuose ežeriuose cikliomorfozė vyksta taip skirtingai. Tiesa, yra šilto vandens ir šalto vandens ežerų, tačiau jose vandens tankis yra dar mažesnis. Ir, žinoma, nedideli dydžiai taip pat sulėtins neria; tačiau neaišku, kodėl kai kuriais atvejais dafnijos augina šalmą, o kitose – mažėja.Neaišku, kodėl būtina atsikratyti žiemos augimo – juk labiau pelningiau nuskęsti lėčiau ir tankesniame vandenyje! Ir neaišku, kokia yra akių dydis … Galiausiai eksperimentai rodo, kad pagal anesteziją daphnidai su auginimu ir be jo išnyko vienodu greičiu.

Taigi kitų paaiškinimų paieška tęsėsi. Netrukus jie buvo rasta.

Dafnijos gyvenimas yra sunkus: jame nėra vietos pasislėpti į vandens storymę, ir yra daug plėšrūnų, galinčių valgyti nedidelius beprotybinius dafnijas. Daugumoje ezerų yra dviejų rūšių plėšrūnų – bestuburiai ir žuvys. Pavyzdžiui, iš netobulų plėšrūnų, vartojančių dafnijas. kobalto uodai (žr. M. Lencioni, 2006 m. "Chaoborus" lauko ir laboratorijos paršavedžių selekcija), šakojamos krevetės leptodoors (Leptodora kindti), dideli ciklai ir tt Dauguma šių plėšrūnų medžioti nemato savo regėjime: jie sėkmingai medžioja tiek šviesoje, tiek tamsoje. Jie randa aukų dėl vandens svyravimų – vibraciniu taktiliu pojūčiu. Be to, jie paprastai gali medžioti tik 1 mm dydžio aukas. Daugelis ežerų dafnidų iki brendimo tiesiog auga maždaug tokio dydžio arba šiek tiek išauga.

Su žuvimi tai kitaip. Kai medžioja Dafniją, jie naudoja regėjimą. Jie gali nuryti bet kurias dafnijas.O Dapnijos medžioklėje pasirenkamos didesnės aukos – "didelis gabalas ir burnos džiaugsis". Be to, lengviau pastebėti didžiulę grobį: žuvys mato ir atakuoja didesniu atstumu.

Blogi dafnidai yra tarp dviejų gaisrų. Norėdami pabėgti nuo žuvies, turite tapti kuo mažiau akivaizdu. Giliuose ežeruose vertikalioji migracija iš dalies išgelbėjo – po pietų didieji daphniai eina į gilumą, kur tamsi ir nieko nematyti. Kitas variantas yra sumažinti nepermatomo kūno dydį ir ypač juodą, pastebimą iš tolo akių. Bet jei dafnijos tik taps mažesnės, jie nukentės nuo bestuburių plėšrūnų. Kad tai neįvyktų, Daphnia padidina savo dydį dėl ilgos, bet skaidrios ir nematomos žuvų išaugimui. Auditas parodė, kad šie augalai yra suformuoti ežeruose, kur yra daug grobuonių bestuburių.

Jei pagrindiniai plėšrieji yra žuvys, vasarą dafnijos paprastai tiesiog susitraukia. Tiesa, vienas iš Dafnijos – Daphnia lumholtzi – augimas yra toks ilgas ir ryškus, kad gali apsaugoti nuo žuvies. Šios tropinės rūšys neseniai įsikūrė JAV rezervuare, ir ji pradėjo aktyviai tyrinėti. Paaiškėjo, kad nepatyrę kibirkščiavimai noriai paimkite spiningo daphnidus, bet tada dažnai juos išstumia (išsiplečiančios dafnijos gali išgyventi!) Ir nebandykite pakartoti jokių bandymų.Tačiau dėl dafnijų šis atvejis yra išimtis: paprastai išaugimas yra plonas, minkštas ir negali būti mechanine apsauga nuo žuvų.

Eksperimentai laboratorijoje patvirtino, kad išaugimas kažkaip apsaugo dafnijas nuo mažų (bestuburių) plėšrūnų. Kaip tiksliai? Taip pat nėra hipotezių trūkumo. Gal tai slaptosios technologijos, o plėšrūnams sunkiau aptikti plaukimo dafnijomis šalmą? Atrodo, kad eksperimentai tai nepatvirtino: Khaoboras vienodai dažnai išmetė dafnius su šalmu ir be jo.

Gal Dafnė su ilgais procesais greičiau plaukti horizontaliai arba zigzagais, tolsta nuo Chase – pavyzdžiui, nes didesnių matmenų šalmo juos ilgiau ir galingi raumenys antenos, viduje galvos? Čia duomenys yra labiau prieštaringi: galbūt kai kurioms rūšims tai tiesa, bet kitiems tai nėra (sėkmingų plėšrūnų išpuolių dafnidų dažnis su šalmu ir be jo nesiskiria). Tiksliai parodyta, kad daugeliu atvejų dafnijos su šalmu lengviau išvengti plėšrūnų dantų ir išlikti gyvi. Kodėl – nėra tiksliai žinoma. Dėl plėšrūnų gali būti sunkiau pasiekti gyvybiškai svarbius organus, širdį ar smegenis su savo žandikauliais.Arba gal šalmas ir plona adata atlieka tą patį vaidmenį, kaip ir driežas uodega – paliekant dalį iš plėšrūnų dantų, Dafnija taupo gyvybes. Ir iš tiesų, ežerai dažnai susiduria su gyvomis dafnijomis su atsilaisvinančia adata ir šiek tiek šlifu (po kelių lizdų, prarastos dalys gali atsigaivinti).

Taigi, dėl skaidrių procesų, dafnijos padidina tikrąjį dydį, ištrūksta iš mažų plėšrūnų, tačiau nedidina matomo dydžio (apsauga nuo žuvies!). Kodėl augalai atsiranda vasarą ir dingsta rudenį?

Šis klausimas suskaidomas bent į dvi dalis: 1) kodėl išaugimas išnyksta rudenį? ir 2) pagal kokius veiksnius jie atsiranda vasarą?

Atsakymas į pirmąjį klausimą apskritai yra akivaizdus: nieko neduoda. Auginant šalmą ir adatą reikia energijos ir, matyt, ne taip mažai. Nors išaugimas yra plonas, jie yra padengti chitino sluoksniu. Ir dafnijos dažnai išmeta (daugiausia atsikratyti užteršimo agentų – epibionto). Kiekvieną kartą chitinas turi būti sintezuotas ir vėl išskiriamas. Akivaizdu, kad esant nedidelei plėšriųjų bestuburių gausai, geriau nukreipti šią energiją į kažką naudingo – pavyzdžiui, padidinti vaisingumą.Iš tiesų, keletas darbų parodė, kad, lyginant kitus dalykus, "ginkluoti" dafnidai palieka mažiau palikuonių nei "nekalti". Taigi dafnijos, kurios nuolatos palaiko augimą, būtų pakeistos klonais, galinčiais sukelti ciklomorfozę.

Kadangi jau paminėjome klonus, atėjo laikas prisiminti, kad dafnijos paprastai dauginasi cikliškai parethenogenezėje. Vienos populiacijos vasarą moterys. Jie veisiasi naudojant diploidinius kiaušinius, kurie sudaro be mejozės ir rekombinacijos. Rudenį vyrai auga iš tų pačių kiaušinių ir vyksta normalus biseksualų dauginimasis. Apvaisinti kiaušiniai išgyvena žiemą, o jų pavasarį išeina nauji moterų klonai. Jei daphnios žiemoja ledu, ežere išsaugomi kai kurie "praėjusių metų" klonai. Ciklomorfozė gali atsirasti klonu; tačiau jo visuma dažnai taip pat priklauso nuo to, kad skirtingi klonai skiriasi savo gebėjimu augti augimą. Pavasarį vyrauja gausūs "neginkluoti" klonai, o vasarą juos pakeis labiau apsaugoti klonai su šalmu ir adata.

Galbūt labiausiai įdomu buvo atsakymas į antrąjį klausimą. Jau seniai žinoma, kad šalmo ir adatos augimą gali paskatinti daug "vasaros" sąlygų: temperatūros padidėjimas, padidėjęs vandens sūkurys, dienos šviesos valandų ilgis ir padidėjęs maisto kiekis.Tačiau kol kas niekam nebuvo pasakyta, kas skatina apsauginių augalų augimą … patys plėšrūs! Tačiau pasirodė, kad taip yra.

Pagrindinis stimulas, dėl kurio auga šalmas ir adata, yra medžiagos, kurias išskiria maitinantis plėšrūnas. Tokios medžiagos, kurias plėšikas išmeta, bet auka ją suvokia, vadinamos "Cairomones" (žr. Kairomone). Siauresne prasme auka nuo "Cyromones" suvokimo vis dar yra nugalėtojas. Daphnia užfiksuos kyromones ir bestuburių plėšikus ir žuvis. Labiausiai atsparūs arba Dafnijos embrionai, arba naujagimiai. Pagal ciromonų veikimą daugelis dafnidų augina šalmą ir adatą, o augimas paprastai pagreitėja. Žuvies ciromonai pirmiausia paveikia jų elgesį – jie skatina vertikalią migraciją. Be to, jie gali sulėtinti augimą ir paveikti daugelį dafnidų veisimosi ypatybių. Daugelio plėšrūnų veisimosi sezonas yra vasaros pradžia. Ir "kilnus" plėšrūnai perspėja aukas: "Ateikite pas save! Apsaugokite save ir nevalgykite visų!"


Po žodžio

Darbas su šalmais ir adatomis vis dar nesibaigia. Galite sužinoti, kaip skirtingi plėšrūnai veikia skirtingų dafnijų rūšis (jų yra apie šimtą), skirtingose ​​geografinėse zonose ir ttGalima pamėginti suprasti, kaip šios sąveikos įtakoja visų rūšių ežerų ir tvenkinių rūšių skaičių ir ekosistemų dinamiką. Klausimas, kaip išaugimas padeda dapnijoms pabėgti nuo plėšrūnų žiočių, yra nepakankamai ištirtas. Galite pabandyti iššifruoti chiromonų cheminę struktūrą (apie tai daug žinoma, tačiau vis dar nėra tikslių formulių).

Dar labiau įdomu suvokti, kaip dafnijos aptinka chiromonus. Neseniai buvo įmanoma sužinoti apie tai: pavyzdžiui, pasirodė, kad kaoborus dafnijos kairomones jaučiamas naudojant neuronus, išskiriančius acetilcholiną, ir žuvų kairomonus naudojant nervines ląsteles. Kai genas bus sekvenuotas Daphnia pulex, galimybė užduoti naujus klausimus. Kokius genus įjungia ciromonai? (Tai jau buvo ištirta.) Kuris iš šių genų ir kaip tiksliai veikia šalmo augimą ir kitus dafnijos požymius? (Apie tai beveik nieko nėra žinoma.)

Bet gal jie yra pernelyg privatūs klausimai? Ne šiek tiek! Prisiminkite pradžią apie šarvuotus žetonus ir rotifers. "Indukcinė apsauga" yra daugelyje planktono organizmų rūšių. Ciklomorfozė, susijusi su apsauga nuo plėšrūnų, taip pat aprašyta kitų buveinių gyvūnuose – ciliatoriuose, balanuose, sraigėse ir ttAugalai gali reaguoti į plėšrūnų buvimą ir "induktyviai" vienaip ar kitaip ginti prieš juos (žr. Užduotį "Gyvybė ir mirtis Savanoje"), ir tai tiesiogiai veikia žmonių interesus.

Vienodai dažna problema yra cheminis ryšys tarp skirtingų rūšių, įskaitant Cairomones pagalbą. Galbūt geriausia ištirti žiurkių su žiurkėmis, esančių plėšrūnų šlapime, suvokimą. Tiesa, čia vis dar yra daug neištirtų momentų (žr., Pvz., D. Ferrero ir kt., 2011 m., Aptikimas atsitiktinai). Puikus mįslių pavyzdys yra pelių reakcija į keletą baltymų, išskirtų iš kačių seilių ir žiurkių šlapimo (žr. Pagrindinius šlapimo baltymus). Abu baltymai yra labai panašūs ir sukelia baimę pelėms. Tai dar nėra paslaptinga. Paslaptis yra ta, kad tas pats pelių baltymas, kurį, matyt, suvokia vienodi vomeronazės organo ląstelių receptoriniai baltymai (taip pat žr. Vomeronasal organą), skatina agresiją pelių vyrams! Žinoma, žinoma, kad medžiagos iš kačių ar žiurkių šlapimo sukelia baimės reakciją pelėms, be to, įgimtos. Ir viskas, kas susiję su "baimė ir kaip su ja susidoroti", yra šiuolaikiška medicinos neurologijos tema.

Iš garsių ir tinkamų biochemikų girdėjau, kad biochemija kaip mokslas įvykdė savo misiją ir XX amžiaus pabaigoje užbaigė savo vystymąsi.Tačiau jie akivaizdžiai reiškia tyrinėti pagrindinius metabolizmo būdus. Kalbant apie cheminę ekologiją ir "cheminę etologiją" (aš to nesuvokiau, todėl tai įmanoma be kabučių, žr. "Vabzdžių cheminė ekologija", "Etologija ir evoliucija"). Čia biochemikai ilgai neliks be darbo. Dabar daugelis iš jų tikriausiai parašo paraiškas dėl dotacijų kartu su aplinkosaugos darbuotojais ir neurologais.


Like this post? Please share to your friends:
Parašykite komentarą

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