Навіщо чистильникові Байкалу зубні коронки
Крихітний веслоногий рак - байкальська епішура - один з найзнаменитіших байкальских ендеміків. Цей домінуючий вид зоопланктону Байкалу є найважливішою частиною харчової піраміди прісноводного «океану». Він харчується бактеріями і одноклітинними водоростями, а сам служить кормом байкальскому Омуль і іншим пелагическим рибам.
За добу рак здатний профільтрувати близько однієї склянки води, беручи участь тим самим в очищенні байкальских вод. Але для дослідників це водне безхребетні цікаво і саме по собі: в його біології та екології залишається ще багато загадкового - від міцних кремнієвих «зубів» до видоутворення
Байкальська епішура (Epischura baicalensis) - це планктонний організм (від грец. Planktos - «ширяє, блукаючий»), що мешкає у водній товщі озера. Як і більшість планктонних організмів, він має порівняно невеликі (близько 1,5 мм) розміри і практично прозорий. Харчується також планктоном, тільки фотосинтезуючим (дрібними одноклітинними водоростями), а також бактеріями.
Ловись планктон, великий і маленький
Щоб отримати достатню кількість особин для дослідження, причому зібраних не в одній точці акваторії, на кораблі має бути спеціальне обладнання: електролебідка з можливістю регулювати швидкість руху троса, спеціальні планктонні мережі і т. П.
Судноплавний сезон для флоту Лімнологіческого інституту СО РАН відкривається на Байкалі в кінці травня, коли тільки-тільки сходить лід. Як правило, все починається з комплексних експедицій, коли на одному кораблі йдуть хіміки, фізики та біології. У кожного з нас - свої завдання, моя - відбір проб зоопланктону для себе та інших дослідників. Робиться це за допомогою зоопланктонних мереж, зокрема, мережею Джед і Джомо (це більша океанічна модель мережі Джеди), до яких кріпиться вантаж 8-15 кг (чим більше мережа, тим більше вантаж).
Мережі кріпляться до тросу лебідки і опускаються на потрібну глибину, а потім піднімаються з певною швидкістю (близько 1 м / с). Якщо піднімати планктонних мережа занадто швидко, вода не буде встигати проходити через дрібні отвори фільтрувальної частини мережі і зворотним струмом почне викидати те, що повинно бути спіймано. Якщо ж піднімати занадто повільно, відловлювати організми, відчувши недобре, встигнуть «розбігтися» в різні боки. Необхідно стежити не тільки за швидкістю підйому мережі, а й за тим, куди її зносить: при виході з води її може затягнути під корабель, де на додачу до свого улову вона збере ще бруд і наростання з днища корабля або взагалі відірветься.
Рід Epischura відноситься до свободноживущим веслоногим ракоподібних підкласу Copepoda. Представники цього роду зустрічаються в прісних водоймах Азії і Північної Америки, в тому числі в Великих Американських озерах, на Далекому Сході в басейні р. Амур і, нарешті, в найглибшому і древньому озері планети - Байкалі. Частка епішура в озері Байкал становить близько 80% від числа всіх ракоподібних, а загальна біомаса в озері, в залежності від року і сезону, становить від 60 до 950 тис. Т. Харчується епішура, фільтруючи їжу з води за допомогою декількох пар ротових кінцівок, які створюють струм води і одночасно утворюють щось на зразок фільтрувальної мережі, що уловлює потрібні їй частки. За добу рак здатний профільтрувати близько однієї склянки води, беручи участь тим самим в очищенні байкальских вод. Харчується байкальська епішура бактеріями і одноклітинними водоростями, серед яких переважають діатомові, сама ж служить їжею як для інших ракоподібних (циклопи, макрогектопус), так і для всіх пелагічних риб (омуль, голомянка, желтокрилка і ін). Таким чином, епішура є найважливішою ланкою в ланцюзі передачі енергії від фітопланктону до хижих представникам зоопланктону і рибам
У деяких випадках важливий і кут нахилу мережі, при якому вона виходить з води. Коли потрібно взяти пробу з конкретних глибин, використовується спеціальний пристрій - «замикач», який закриває мережу на потрібній глибині за допомогою посиленого вантажу, припинивши подальшу фільтрацію. При цьому мережа не зупиняється, і дослідник повинен розрахувати, виходячи з швидкості підйому мережі і швидкості опускання посильного вантажу, глибину, де вони зустрінуться і мережу закриється.
Відбір планктонних проб займає від 10-15 хвилин до декількох годин в залежності від числа проб на конкретній точці і глибин, на які потрібно опустити мережу. Байкал, як відомо, найглибше озеро в світі, але на все півтори з гаком тисячі метрів мережу, як правило, не опускають. Хоча спроби з глибини до 700 м періодично беруться.
Вітер на Байкалі - часте явище, і при температурі води близько 4 ° С, як це буває на початку експедиційного сезону, в такій справі не обійтися без хорошого зимового пуховика, шапки і теплих непромокальних штанів.
Чому у вас такі великі зуби?
Одним із завдань нашого дослідження було вивчення ротових кінцівок епішура за допомогою скануючого електронного мікроскопа (СЕМ). Подібні дослідження проводилися і раніше, але за допомогою методів світлової мікроскопії. Однак завдяки більшій роздільній здатності електронного мікроскопа нам вдалося не тільки уточнити вже наявні дані, але і виявити нові факти.
Серед одноклітинних водоростей, які входять в раціон байкальської епішура, найважливіше місце займають діатомові водорості - одноклітинні фотосинтезуючі організми, покриті химерним «панциром» з діоксиду кремнію. Щоб розкусити таку оболонку, потрібно мати міцні зуби, і вони у епішура є. Точніше на одному з зубців щелеп (мандибул) у неї є спеціальна коронка.
Структури, що містять кремній, - рідкісне явище у тварин: частіше в них присутня більш доступний кальцій. У різних видів епішура можна спостерігати, як особини втрачають кремній, якщо починають харчуватися водоростями з менш міцної оболонкою або іншими планктонними організмами.
Єдина і неподільна
Наступне питання, яким ми зайнялися, - чи представляє епішура в Байкалі одну велику популяцію, або ж вона розпадається на окремі ізольовані або майже ізольовані групи?
У пошуках відповіді було проведено порівняння фрагментів мітохондріального гена, що кодує першу субодиницю одного з ферментів - цитохром оксидази (COI), взятих у особин епішура з різних ділянок озера. Мітохондріальну ДНК виділяли з плавальних ніг рачків, щоб по можливості зберегти тіло досліджуваних особин цілим для додаткових морфологічних досліджень.
Після проведення стандартної полімеразної ланцюгової реакції (ПЛР) і розшифровки первинної структури ДНК отримані нуклеотидні послідовності порівняли між собою і на цій основі побудували так звані «дерева гаплотипов». Гаплотип - це унікальна сукупність зчеплених генетично локусів, а дерево гаплотипов об'єднує ідентичні послідовності ДНК в «родинні» групи.
Дослідження крихітного, практично невидимого оку ендемічного веслоного рачка дали цікаві фундаментальні результати. По-перше, у цього мешканця планктонної товщі виявилися міцні крем'яні «зуби» - рідкість у тваринному світі.
По-друге, нагадаємо, що Байкал має протяжність більше 600 км, його ширина в деяких місцях досягає майже 80 км, а поднятиями дна озеро розділене на три великі улоговини. Все це довгий час давало привід сумніватися в тому, що маленький рачок може мати єдину популяцію на цьому гігантському просторі - в масштабах епішура просто космічному! Виявилося, може. І коли вдасться розібратися в причинах цього явища, ми, можливо, ще трохи наблизимося до розуміння того, як відбувається видоутворення на Землі.
Умови використання матеріалів
Електронні платежі здійснюються через процесинговий центр PayOnline і сервіс ROBOKASSA