Автор: Kelly Fretwell and Adrienne Mason
Стаття від: 2 травня 2024 року
Ця поліхета (Autolytus magnus), обтяжена яйцями, врешті-решт випустить своїх розвинених личинок у товщу води як планктон.
Photo by the Hakai Institute
Північно-східна частина Тихого океану є домівкою для дивовижного розмаїття морських істот – колючих їжаків, багаторуких морських зірок, м’яких морських слимаків кольору лимонів та балянусів з приклеєними до каміння головами. Прогулюючись берегом моря або пірнаючи під поверхню океану, ми можемо бачити дорослі форми цих істот, але як щодо їхніх ранніх стадій? До того, як вони осіли – в буквальному сенсі – і оселилися на морському дні, майже всі вони починали життя як зоопланктон, морська фауна, що дрейфувала в океанських течіях.
Хоча зоопланктон і фітопланктон, рослиноподібні дрейфуючі організми, якими харчується більшість зоопланктону, перебувають у воді цілий рік, їхні популяції зростають експоненціально на початку року. Навесні дні подовжуються, вода трохи прогрівається, поживні речовини надходять у поверхневі шари океану з суші або глибших вод, і фітопланктон цвіте. Фітопланктон мікроскопічний, але зі збільшенням його чисельності хлорофіл та інші фотосинтетичні пігменти спричиняють зміни кольору океану, які можна виміряти за допомогою супутникових знімків, а при досить високих концентраціях навіть побачити людським оком.
Супутниковий знімок біля острову Ванкувер, Британська Колумбія, показує кльорові плями , які з високою ймовірністю є плантоном та осадом. Фото NASA
Швидке зростання фітопланктону знаменує біологічну весну в океані – зоопланктон розмножується завдяки раптовому припливу їжі. Репродуктивні стратегії тварин, які народжують планктонних малюків, різняться. Багато сидячих або повільно рухомих тварин, таких як корали та морські їжаки, використовують своєрідну техніку масової розсилки, яка називається трнасльованим нерестом (розрахованим на якомога більше поширення гамет): вони синхронно випускають мільярди гамет, розраховуючи на те, що принаймні частина яйцеклітин і сперматозоїдів зустрінуться і відбудеться запліднення. Вусоногі рачки, такі як звичайні морські жолуді, є гермафродитами і використовують довгий гнучкий пеніс для запліднення ікринок свого сусіда. Запліднене яйце розвивається в захисній вулканоподібній оболонці свого батька, поки не вилупиться личинка і не буде викинута з дому. Незалежно від того, чи це гамети, запліднені яйцеклітини чи личинки, всі вони стають частиною «юшки» морської води з мікроскопічного життя. У той час як багато тварин проводять у «юшці» лише короткий час, перш ніж осідають на морське дно або стають більш рухливими, деякі види живуть решту свого життя як зоопланктон.
Наші колеги з Екологічної обсерваторії Інституту Hakai на острові Quadra в Британській Колумбії протягом трьох років відбирали зразки і фотографували зоопланктон у водах біля східного узбережжя острова Quadra – біологічно багатого регіону, де багаті на поживні речовини стоки льодовикових фіордів зустрічаються з північною частиною моря Salish. Ця дослідницька група мала особливий інтерес до фіксації личинкових форм життя, які є відносно маловивченими. Дивно, наскільки чужими можуть здаватися личинкові форми звичайних морських істот – з їхніми масивними, виряченими очима, колючими рильцями і напівпрозорими тілами, настільки несхожими на дорослих особин, якими вони стануть.
Як і багато інших морських безхребетних, балянуси мають кілька вільно плаваючих личинкових стадій. Вони залишають прихисток черепашки дорослої особини у вигляді щитоподібної личинки наупліуса (перше фото) з пір’яними придатками та єдиним оком циклопа. Личинка линятиме шість разів, додаючи нові сегменти та придатки. Після останньої линьки молодий рачок відома як циприда (друге фото). На цій стадії личинка опускається на дно океану і починає шукати тверду поверхню, до якої можна прикріпитися. Оскільки для розмноження рачкам потрібні інші рачки (морські жолуді) поблизу, циприда торкається поверхні вусиками, щоб вловити чужі запахи. Знайшовши відповідне місце, вона виділяє клей, який закріплює її голову на поверхні і перетворюється на дорослу рачка з конічною черепашкою.
Ця крилата красуня – стадія велігера хижого морського равлика з родини Mangeliidae. Крила, або вела, вкриті мікроскопічними волосками, які називаються віями. Вії, що ритмічно б’ються, створюють течії, які захоплюють їжу, наприклад, діатомові водорості, для личинки, що росте. Коли личинка росте, у неї розвиваються частини тіла, більш помітні у дорослих равликів, такі як черепашка, нога і щупальця. Зрештою, личинки морських равликів проходять через процес, який називається торсіон – поворот на 180 градусів, який наближає задню частину тварини до голови. Коли планктонне життя равлика добігає кінця, велігер осідає на морське дно і перетворюється на дорослу особину.
Морська зірка проходить кілька стадій розвитку, поки личинка вільно плаває. Спочатку її тіло вкрите віями, які б’ються в унісон, даючи личинці змогу контролювати свій рух. Коли тварина перетворюється на стадію біпіннарії (перше фото), війки об’єднуються в певні смуги, і починають формуватися руки. У цей момент також розвивається кишечник, і личинка морської зірки починає харчуватися. Залежно від виду, морська зірка може провести кілька тижнів або місяців як біпіннарія, перш ніж у неї з’являться додаткові руки і присоска на передньому кінці, і вона перетвориться на личинку-брахіолярію (друге фото). Брахіолярія врешті-решт осідає на морське дно, спочатку присоскою, і перетворюється на дорослу особину.
Вчені часто класифікують тварин за їхньою симетрією. Люди, наприклад, двосторонньо симетричні: наша права і ліва половини є дзеркальними відображеннями. Морська зірка також двобічно симетрична до моменту, коли вона осідає на дно. Коли личинка перетворюється на дорослу особину, її симетрія також змінюється, перетворюючись на радіальну. (Більшість дорослих морських зірок та їхніх колючошкірих родичів – голкошкірих – мають пентарадіальну симетрію, з планом тіла, що базується на п’ятірці). Нові дослідження показують, що таке перевтілення можливе тому, що тканини, які генетично еквівалентні «голові» морської зірки, розосереджені в її кінцівках і шкірі.
У той час як деяких планктонних істот неможливо відрізнити від їхньої дорослої форми, інші з’являються на світ як мініатюрні копії своїх батьків. Цей малюк опалового кальмара (Doryteuthis opalescens)- один із сотень, що вилупився з яйцевої капсули у формі огірка; дорослі кальмари відкладають ці капсули на піщаних мілководдях після шалених масових нерестових подій, а потім залишають їх напризволяще. Якщо вкриті желеподібною оболонкою ікринки, що розвиваються, виживають під натиском хижаків та невблаганних хвиль і припливів, через кілька тижнів з’являються личинки розміром з рисове зернятко, які називаються параларви, і починають дрейфувати за течією. Протягом наступного місяця вони набувають навичок плавання, необхідних для того, щоб позбутися планктонного способу життя і серйозно полювати. Але в перші дні свого життя вони можуть пересуватися лише короткими імпульсами, нападаючи на копеподів та іншу зоопланктонну здобич. Однак вони не повністю надані самі собі з самого початку – вони народжуються з внутрішнім жовтковим мішком, поживним буфером, який дає їм час відточити свої мисливські навички..
Ця маленька місячна медуза (Aurelia aurita; аурелія вухата) легко поміститься на голівці шпильки, але такою маленькою вона не залишиться надовго. Вона належить до сцифоїдних, або справжніх медуз – типово великих і барвистих видів медуз, з якими знайомі більшість людей. Проте набагато менш відомі їхні мікроскопічні личинкові форми, відомі як ефіри. Ця схожа на сніжинку ефіра є одним з безлічі клонів, які відбрунькувалися від свого батьківського поліпа – сидячої, стебельцеподібної стадії життєвого циклу медузи, яка прикріплюється до скель, доків або інших поверхонь, щоб дрейфувати у великому синьому морі. Цей процес брунькування, який називається стробіляцією, ідеально приурочений до весняного сплеску планктону, що означає велику кількість здобичі для нових ефірів. Поява в потрібній температурі, схоже, є ключовим фактором для їхньої здатності рости. У той час як дорослі аурелії – які все ще вважаються планктоном, незважаючи на їхні розміри – зустрічаються у прибережних водах північно-східної частини Тихого океану цілий рік, їхні ефіри дещо вибагливіші до умов існування. Занадто спекотно – і вони зазнають стресу і гинуть; занадто холодно – і вони не зможуть процвітати.
Хоча це може виглядати як випадок канібалізму медуз, насправді це дикий світ розмноження медуз у дії. Хоча вона не більша за кінчик пальця, ця доросла гідрозойна медуза – родичка справжніх медуз – знаходиться на півдорозі до зародження ще меншого міні-«я» зі стінки свого шлунку. Коли дорослі медузи досягають зрілості, вони зазвичай випускають сперматозоїди або яйцеклітини, які разом розвиваються в поліпи; але іноді умови навколишнього середовища, такі як температура, змушують водних медуз змінювати свою репродуктивну тактику і замість цього виробляти ось таких міні-медуз. Хоча такий спосіб розмноження не є нормою для водних медуз, він також не є рідкістю; відомо щонайменше 50 видів у всьому світі, які проростають клонами з тієї чи іншої частини тіла.
Одна з домінуючих груп серед зоопланктону, копеподи (веслоногі рачки)- крихітні водні ракоподібні – також є одними з найпоширеніших багатоклітинних тварин на планеті. Більшість морських копепод є вільноживучими, і багато з них проводять все своє життя в планктоні, але деякі види є симбіотичними або паразитують на інших організмах. Ці самки паразитичного ряду Monstrilloida залишили своїх донних хазяїв, щоб розмножуватися у товщі води. На відміну від багатьох планктонних організмів, які розмножуються за принципом «або тоне, або пливе», вони проявляють певну батьківську турботу про своє потомство. Самка на першому фото завдовжки всього два міліметри – менша за кунжутне зернятко – несе кладку яскраво-зелених яєць, які заповнюють більшу частину її тіла. Вона може дозволити собі присвятити стільки місця своїм майбутнім малюкам, адже дорослі особини не харчуються, тому їм не потрібен великий кишечник. Натомість, фізіологічно вони присвячують себе створенню наступного покоління «маленьких монстрів» (етимологія назви Monstrilla, першого описаного роду цієї групи). Після запліднення яйцеклітини переміщуються з тіла матері на довгий задній відділ , як у самки на другому фото, де слиз утримує їх на місці, поки з них не вилупляться маленькі копеподи – науплії. Незабаром науплії залишають планктонне співтовариство, щоб приєднатися до хазяїна і рости як паразити, поки не будуть готові продовжити цикл.
Якщо ця фіолетова личинка покривника трохи схожа на пуголовка жабки, то це не випадково. Тунікати (покривники)- хордові, тварини, у яких в певний момент життя з’являється нотохорд – попередник хребта, а також нервовий канатик. Це робить їх далекими родичами людини. Це несподіваний зв’язок, особливо тому, що дорослі тунікати часто являють собою різнокольорові желатинові згустки. У хребетних тварин нотохорд і нервовий стовбур з часом перетворюються на хребет і спинний мозок, тоді як у тунікатів вони зникають після цієї короткочасної личинкової стадії. Після місяця інкубації всередині одного з батьків-гермафродитів пуголовок фіолетової тунікати з’являється на світ і перебуває у товщі води протягом одного-двох днів, поки шукає придатну для себе домівку, щоб оселитися. Як тільки він прикріплюється головою до твердої поверхні – причалу, палі чи шматка водоростей – схожість з хребетними родичами втрачається. Він розсмоктує свій хвіст, коли перетворюється на остаточну форму, а потім швидко береться до роботи, харчуючись і розмножуючись, щоб побудувати лабіринтову колонію.
Цей «плавальний шолом» – личинка стрічкового черв’яка, несегментованого морського черв’яка-немертини з вражаючим висувним хоботком, який він використовує для проколювання здобичі. Для розмноження ця група червів, яку ще називають немертинами, реагує на хімічні сигнали у воді і збирається у шлюбні кульки для скоординованого нересту. У деяких видів запліднені яйця з часом перетворюються на вільно плаваючих личинок, таких як ця, що називається пілідіум. Під час метаморфозу всередині пілідія розвивається червоподібна молода особина. Коли планктонна стадія черв’яка добігає кінця, молода особина виривається з пілідія, пожирає свої личинкові тканини і прямує до морського дна, щоб розпочати життя як доросла придонна особина.
Для розмноження самець рака-самітника відкладає свою сперму біля живота самки одразу після її линьки. Самка зберігатиме сперму доти, доки не виробить кладки з кількох сотень яєць і доки умови не стануть сприятливими для запліднення. Потім вона висиджує яйця, забезпечуючи певний рівень захисту. (Самки можуть приносити кілька виводків на рік.) Молоді раки-самітники вилуплюються як зоеї, перше фото. Довгі шипи та вусики з бахромою допомагають їм триматися на плаву. Зоея пройде через приблизно чотири линьки, щоб стати мегалопою, друге фото. Молоді раки на цій стадії ще крихітні, але вже більше схожі на дорослих особин, якими вони стануть. Оскільки черевце раків-самітників не вкрите твердим екзоскелетом, тварини для захисту прослизають у спіральну порожнину порожньої черепашки равлика. Якщо їжі або черепашок не вистачає, раки-самітники довше залишатимуться планктоном, перш ніж оселяться на морському дні.
Як і їхні родичі раки-самітники, справжні краби починають свій шлях як колючі зоеї, а потім перетворюються на мегалоп. Під час цієї відносно короткої заключної личинкової стадії краби-мегалопи здебільшого живляться планктоном і використовують хвіст, щоб допомагати собі плавати. Але вони також можуть притискати хвіст до черевця – як показано на прикладі цього граціозного краба-декоратора – під час періодичних вилазок на морське дно, щоб зігнути ноги і ходити, готуючись до повноцінного придонного життя. Однак цьому мегалопу краба-декоратора доведеться зачекати, щоб випробувати свою однойменну навичку. Дорослі особини цього виду є одними з найпродуктивніших декораторів у північно-східній частині Тихого океану. Вони відрізають шматочки свого оточення, наприклад, водорості та губки, і прикрашають цим маскувальним матеріалом своє тіло за допомогою спеціальних гачкуватих структур. Але личинки не здатні прикрашатися, доки не осядуть на морське дно назавжди. Коли вони перетворюються на ювенільну форму, у них з’являються гачки, і вони одразу ж починають ретельно прикрашати себе.
Способи життя червів – поліхет, широко відомих як багатощетинкові черви, дуже різноманітні, і те, як вони виробляють наступне покоління, не є винятком. Наприклад, дорослі особини деяких груп, що мешкають на морському дні, реагують на сигнали навколишнього середовища, такі як фаза місяця, щоб частково або повністю перетворитися на плаваючу версію себе. На короткий час вони стають планктоном і масово збираються для нересту в поверхневих водах. Деякі з цих членів плаваючих гуртів просто випускають свої гамети біля партнера і називають це ніччю. Інші види приділяють більше уваги розмноженню, як, наприклад, ця самка благородного намистового черв’яка (Autolytus magnus), яка приєдналася до нересту, щоб зібрати сперматозоїди. Як тільки яйця, які вона тримає у зовнішньому виводковому мішку, заплідняться, вона спрямує їх назад на морське дно, де вони інкубуватимуться. Коли настає час молодим самостійно вирушати у воду, мати вдруге з’являється серед планктону, щоб випустити своїх розвинених личинок.
Личинка волохатого черв’яка звучить не надто мило, але в маленьких багатощетинкових черв’яків є своя чарівність. Це конкретне личинкоподібне створіння – личинка пергаментного черв’яка (трубчастих поліхет) , типу багатощетинкових червів, які в дорослому віці ведуть непомітне існування в довгій вузькій трубці, яку вони будують на морському дні. Але спочатку, як і інші багатощетинкові черви, пергаментний черв’як починає своє життя як активна бульбашка, що називається трохофор. Трохофори, схожі на дзиґи, що обертаються, спочатку мають мало інших відмінних рис, окрім голови, очей та смужки війок, що використовуються для руху. Зростаючи, ці личинки починають розвивати сегменти тіла, набувають однойменних щетинок і формують більш характерні форми – як, наприклад, величезний рот і джмелеподібний задній кінець цієї личинки.
Посилання на оригінал: Peeking into the Ocean’s Microscopic Baby Boom
