Новое исследование раскрывает биомеханику плавания личинок морских улиток
Учёные, вооружённые высокоскоростной и высокоразрешающей видеосъёмкой, обнаружили важную новую информацию о том, как плавают личинки морских улиток. Это ключевое поведение определяет расселение особи и, в конечном счёте, выживание.
Исследователи из Океанографического института Вудс-Хоул (WHOI) и Университета Стоуни-Брук вырастили личинок атлантической морской уточки (Crepidula fornicata), размер которых чуть больше песчинки, и записали микроскопическое видео их плавания. В предыдущих исследованиях общепринятым было мнение, что личинки плавают быстрее, когда чаще бьют своими волосоподобными ресничками (цилиями). Однако новое микроскопическое видео и исследование показывают, что это не так.
«Я была действительно удивлена, когда увидела, что нет связи между частотой биения ресничек и скоростью их плавания», — говорит Карен Чан, постдокторант WHOI и ведущий автор исследования, опубликованного в PLOS ONE.
Личинки фактически контролируют скорость плавания, слегка меняя положение своих велярных лопастей — плоских, дискообразных «крыльев», окаймлённых ресничками. Способность совершать небольшие движения велярными лопастями, подобно тому, как птица регулирует угол наклона крыльев при парении, демонстрирует более сложный нервно-мышечный контроль, чем считалось ранее.
Атлантическая морская уточка — обычная морская улитка, родом для северо-востока США. В других частях света, особенно в Европе, она стала инвазивным видом, конкурирующим с эндемичными видами. Соавтор Дианна Падилья из Департамента экологии и эволюции Университета Стоуни-Брук собрала этих многочисленных улиток для исследования с северного берега Лонг-Айленда, Нью-Йорк.
«Сотрудничество между такими организмными биологами, как я, и океанографами, которые разрабатывают и используют такие умные технологии, помогает нам находить ответы на важные вопросы, которые иначе были бы невозможны», — говорит Падилья.
Она вырастила личинок в своей лаборатории, которые затем были отправлены в WHOI для видеоанализа.
Хоушуо Цзян, адъюнкт-учёный WHOI и соавтор проекта, говорит, что их конечная цель — понять роль этого моллюска в формировании морской экосистемы, окружающей среды и климата в целом.
При поддержке программы Национального научного фонда по биологической океанографии Цзян построил специальную вертикальную оптическую систему. Она может увеличивать и записывать высокоскоростное, высокоразрешающее видео микроорганизмов, свободно плавающих в сосуде с морской водой, со скоростью 2000 кадров в секунду.
«С помощью этой установки можно наблюдать гораздо больше деталей, чем под микроскопом», — говорит Цзян.
Традиционно учёные записывали, как быстро личинки бьют ресничками, помещая прозрачную плёнку на экран компьютера и вручную отслеживая и подсчитывая реснички.
«Мы разработали метод сделать то же самое, но в цифровом виде», — говорит Чан.
На высокоразрешающем видео реснички меняются от ярких к тёмным, когда бьются вверх-вниз. Чан собирала данные о соотношении яркости и темноты и рассчитывала вариацию, чтобы определить, как быстро и часто личинка бьёт ресничками.
«Это способ применить новую технику для решения этой старой проблемы», — говорит она.
Она также измеряла длину раковины каждой личинки, площадь велярных лопастей и расстояние между центром лопасти и центром раковины, чтобы рассчитать ориентацию велярной лопасти. Она записывала и наблюдала за плавающими личинками с момента, когда им было два дня, до 19 дней.
Она обнаружила, что в течение одного дня личинки могут менять скорость от плавания на одну длину тела в секунду до четырёх длин тела в секунду.
«Это означает, что они имеют большой контроль над тем, как быстро они плавают», — говорит Чан. А то, как они плавают, может определять, куда они могут попасть.
«Эти результаты показывают гибкость, которой обладают эти маленькие животные, что, вероятно, делает их такими успешными», — говорит Падилья.