Warum braucht ein Baikal-Reiniger Zahnkronen?

Warum braucht ein Baikal-Reiniger Zahnkronen?

Igor Zaydykov
"Wissenschaft aus erster Hand" №2 (68), 2016

Über den Autor

Igor Y. Zaydykov – Leitender Ingenieur im Labor für Ichthyologie, Limnologisches Institut, Sibirische Abteilung, Russische Akademie der Wissenschaften (Irkutsk). Autor und Co-Autor von 5 wissenschaftlichen Arbeiten.

Die kleinen Copepodkrustentiere – Baikal epishura – eine der berühmtesten endemischen Baikal. Diese dominante Art des Zooplanktons des Baikalsees ist der wichtigste Teil der Nahrungspyramide des Süßwasser- "Ozeans". Es ernährt sich von Bakterien und einzelligen Algen und dient selbst als Nahrung für den Baikal Omul und andere pelagische Fische.

Während des Tages ist der Krebs in der Lage, ein Glas Wasser zu filtern und an der Reinigung des Baikalgewässers teilzunehmen. Für Forscher ist dieser aquatische Invertebraten jedoch an sich interessant: In seiner Biologie und Ökologie gibt es immer noch viele geheimnisvolle Dinge – von starken Siliziumzähnen bis zur Artbildung.

Baikal epishura (Epischura baicalensis) – ist ein Plankton Organismus (aus dem Griechischen. πλανκτον – "hochfliegend, wandern"), in der Wassersäule des Sees leben. Wie die meisten Planktonorganismen ist es relativ klein (etwa 1,5 mm) groß und fast transparent. Es ernährt sich auch von Plankton, nur Photosynthese (kleine einzellige Algen), sowie Bakterien.

Rod Epischura gehört zu den freilebenden Copepodenkrebsen der Unterklasse Copepoda.Vertreter dieser Gattung sind in Süßwasserkörpern Asiens und Nordamerikas zu finden, unter anderem in den Great American Lakes, im Fernen Osten im Einzugsgebiet der R. Amor und schließlich im tiefsten und ältesten See des Planeten – Baikal. Der Anteil der Epischura am Baikalsee beträgt etwa 80% aller Krustentiere, und die gesamte Biomasse im See liegt je nach Jahr und Jahreszeit zwischen 60 und 950 Tsd. Tonnen. Die Epishura ernährt sich, indem sie mehrere Mundstücke aus dem Wasser filtert. die einen Wasserstrom erzeugen und gleichzeitig ein Filternetzwerk bilden, das die Partikel aufnimmt, die es benötigt. Während des Tages ist der Krebs in der Lage, ein Glas Wasser zu filtern und an der Reinigung des Baikalgewässers teilzunehmen. Die Baikal-Epischura ernährt sich von Bakterien und einzelligen Algen, unter denen Kieselalgen vorherrschen, dient aber als Nahrung für andere Krebstiere (Cyclops, Macrohectopus) und für alle pelagischen Fische (Omul, Golomyanka, Gelbflügelfische usw.). Somit ist Epischura das wichtigste Glied in der Energietransferkette von Phytoplankton zu räuberischem Zooplankton und Fisch.

Die Epischura bekommt ihre Nahrung mit einem ganzen Komplex von Mundgliedern, die einen Wasserstrahl erzeugen,von denen der Krebs und essbare Objekte fängt. Der Fütterungsvorgang unterscheidet sich grundsätzlich nicht von dem anderer Copepoden. Dennoch bleiben viele Aspekte des Lebens dieses Vertreters der ältesten Gruppe von Arthropoden Wissenschaftlern verborgen. Epishurs wurden bereits früher über die "Verständlichkeit" von Nahrungsmitteln geschrieben (Melnik, 2004), aber heute diskutieren wir Methoden zur Untersuchung dieses aquatischen Krebstieres und die interessantesten neuen Ergebnisse hinsichtlich der Populationsmerkmale und der Struktur des oralen Apparats.

Die Farben bezeichnen verschiedene Gruppen von Mundgliedern. E. baicalensis: An1 – erste Antennen; An2 – zweite Antennen; Mb – Mandibeln; Mx1 – der erste Oberkiefer; Mx2 – zweiter Oberkiefer; Mp – Maxillipida. Rasterelektronenmikroskopie

Fang Plankton groß und klein

Um eine ausreichende Anzahl von Proben für die Forschung zu erhalten, und die nicht an einer Stelle im Wasserbereich gesammelt werden, muss das Schiff eine spezielle Ausrüstung haben: eine elektrische Winde mit der Fähigkeit, die Geschwindigkeit des Kabels anzupassen, spezielle Planktonnetze usw.

Die Schifffahrtssaison für die Flotte des Limnologischen Instituts der Sibirischen Abteilung der Russischen Akademie der Wissenschaften beginnt am Ende des Mai, wenn das Eis gerade kommt.In der Regel beginnt alles mit komplexen Expeditionen, wenn Chemiker, Physiker und Biologen auf demselben Schiff unterwegs sind. Jeder von uns hat seine eigenen Aufgaben, meins nimmt Zooplankton-Proben für sich selbst und andere Forscher. Dies geschieht mit Hilfe von Zooplankton-Netzwerken, insbesondere den Jedi- und JOM-Netzwerken (dies ist das größere Ozeanmodell des Jedi-Netzwerks), an die eine Last von 8-15 kg angehängt ist (je größer das Netzwerk, desto größer die Last).

Die Netze werden am Windenseil befestigt und auf die gewünschte Tiefe abgesenkt und steigen dann mit einer bestimmten Geschwindigkeit (ca. 1 m / s) auf. Wenn Sie das Planktonnetz zu schnell anheben, hat das Wasser keine Zeit, durch die kleinen Öffnungen des filternden Teils des Netzes zu gehen und fängt an, das wegzuwerfen, was mit einem Rückstrom gefangen werden sollte. Wenn jedoch, um zu langsam zu erhöhen, die Organismen gefangen werden, etwas wahrnehmend etwas falsch war, wird Zeit haben, in verschiedene Richtungen "hochzulaufen". Es ist notwendig, nicht nur die Geschwindigkeit des Aufstiegs des Netzes zu überwachen, sondern auch, wo es bläst: wenn es das Wasser verlässt, kann es unter dem Schiff festgezogen werden, wo es zusätzlich zu seinem Fang mehr Schmutz und Wachstum vom Grund des Schiffs sammelt oder sogar abfährt.

In manchen Fällen ist auch der Neigungswinkel des Netzes, aus dem es aus dem Wasser kommt, wichtig.Wenn es notwendig ist, eine Probe aus bestimmten Tiefen zu nehmen, wird ein spezielles Gerät verwendet – der "Schütz", der das Netzwerk in der erforderlichen Tiefe mit Hilfe eines Ladungsträgers schließt und weitere Filterung stoppt. Gleichzeitig hört das Netzwerk nicht auf, und der Forscher muss basierend auf der Geschwindigkeit des Aufstiegs des Netzes und der Geschwindigkeit des Absenkens des Lastenträgers die Tiefe berechnen, wo sie sich treffen und das Netzwerk schließen wird.

Die Probenahme von Planktonproben dauert 10-15 Minuten bis zu mehreren Stunden, abhängig von der Anzahl der Proben an einem bestimmten Punkt und der Tiefe, in die das Netzwerk abgesenkt werden soll. Baikal, wie bekannt ist, ist der tiefste See in der Welt, aber für mehr als anderthalb tausend Meter ist das Netz in der Regel nicht abgesenkt. Proben aus Tiefen bis zu 700 m werden zwar regelmäßig entnommen.

Der Wind am Baikal ist ein häufiges Phänomen, und bei einer Wassertemperatur von etwa 4 ° C, wie es zu Beginn der Expeditionssaison der Fall ist, kann man auf eine gute Winter Daunenjacke, Hüte und warme wasserdichte Hosen nicht verzichten.

Warum hast du so große Zähne?

Eines der Ziele unserer Studie war es, die Mundglieder der Epishura mit einem Rasterelektronenmikroskop zu untersuchen. Ähnliche Untersuchungen wurden zuvor durchgeführt, jedoch mit Hilfe lichtmikroskopischer Methoden.Aufgrund der höheren Auflösung des Elektronenmikroskops konnten wir jedoch nicht nur die vorhandenen Daten klären, sondern auch neue Fakten entdecken.

Unterkieferschneiden E. baicalensisdicht geschlossen zum Zerkleinern von Lebensmitteln

Bei einzelligen Algen, die in der Baikal-Epishura enthalten sind, sind Kieselalgen – einzellige photosynthetische Organismen, die mit bizarrer "Hülle" aus Siliziumdioxid bedeckt sind – am wichtigsten. Um durch eine solche Schale zu beißen, müssen Sie starke Zähne haben, und sie haben eine Epishura. Genauer gesagt, an einem der Kieferzähne (Mandibeln) hat sie eine spezielle Krone.

Unterkieferzahn E. baicalensis, gelb markierte Silikonkrone

Mit einer speziellen Sonde an einem Rasterelektronenmikroskop QUANTA 200 Firmen FEI stellte fest, dass die Zusammensetzung dieser haltbaren Zahnkronen aus Silizium besteht. Außerdem stellte sich heraus, dass, wenn sie mit der Zeit "zermahlen" oder abbrechen, neue an ihrer Stelle wachsen. Ähnliche Silikonkronen wurden in anderen Arten von Epishura gefunden, nur der Siliziumgehalt unterschied sich. Es stellte sich heraus, dass letzteres mit der Ernährung oder vielmehr mit der Dicke und Festigkeit der Schalen von Kieselalgen verbunden ist,die sich von Krustentieren ernähren (Naumova et al., 2015).

Unterkiefer Schneide E. baicalensis, Kreis zeigt einen Zahn mit einer gebrochenen Silikonkrone

Siliziumhaltige Strukturen sind bei Tieren selten: häufiger ist Kalzium in ihnen vorhanden. In verschiedenen Arten von Epishura kann beobachtet werden, wie Individuen Silizium verlieren, wenn sie beginnen, Algen mit weniger haltbaren Schalen oder anderen Planktonorganismen zu essen.

Eins und unteilbar

Die nächste Frage ist, ob die Epischura im Baikal eine große Population repräsentiert oder ob sie in einzelne isolierte oder fast isolierte Gruppen fällt.

Auf der Suche nach einer Antwort wurden Fragmente des Mitochondriengens, das für die erste Untereinheit eines der Enzyme kodiert, Cytochromoxidase (COI), aus Epishuraproben aus verschiedenen Teilen des Sees, verglichen. Mitochondriale DNA wurde aus den Schwimmbeinen der Krustentiere isoliert, um den Körper der untersuchten Exemplare für weitere morphologische Untersuchungen so weit wie möglich zu erhalten.

Nach Durchführung einer Standard-Polymerase-Kettenreaktion (PCR) und Entschlüsselung der Primärstruktur der DNA wurden die resultierenden Nukleotidsequenzen miteinander verglichen und auf dieser Basis sogenannte "Haplotyp-Bäume" aufgebaut.Ein Haplotyp ist ein einzigartiger Satz von verbundenen genetischen Loci, und der Haplotypbaum kombiniert identische DNA-Sequenzen in "verwandten" Gruppen.

Eine der Varianten des medianen Haplotyp-Netzwerkes, das im Programm erstellt wurde NETZWERK 4.5 basierend auf dem COI-mtDNA-Genfragment der Baikal epishura. Farben repräsentieren das Gebiet des Sees. Baikal (nördliche, zentrale und südliche Hohlräume), wo Proben genommen wurden. Kreisgrößen sind proportional zur Anzahl der Individuen mit dem entsprechenden Haplotyp. Auf der rechten Seite: Dies ist die lebende Baishal Epishura im Sichtfeld des Mikroskops

Wie bekannt ist, häufen sich Veränderungen (Substitutionen) in der Struktur der DNA allmählich an und je weniger Substitutionen in verglichenen Organismen, desto näher sind sie einem gemeinsamen Vorfahren auf dem "Stammbaum". Wenn Epischura-Populationen in verschiedenen Teilen des Baikal-Archipels unabhängig voneinander isoliert leben, würde dies notwendigerweise die räumliche Verteilung von Gruppen und Clustern verschiedener Haplotypen beeinflussen. Die Ergebnisse der Analyse der mitochondrialen Gene zeigten jedoch eine völlig andere Situation: Es stellte sich heraus, dass die gesamte Baikalepishura im See von einer einzigen großen Population repräsentiert wird (Zaydykov et al., 2015).

Studien eines winzigen, für das Auge eines endemischen Copepipes praktisch unsichtbaren Auges haben zu interessanten grundlegenden Ergebnissen geführt. Erstens zeigte dieser Bewohner der Planktonschicht starke Feuersteinzähne – eine Seltenheit in der Tierwelt.

Zweitens erinnern wir daran, dass der Baikalsee eine Länge von mehr als 600 km hat, an manchen Stellen eine Breite von fast 80 km erreicht und der See durch die Anhebung des Seebodens in drei große Hohlräume unterteilt ist. All dies gab lange Anlass zu bezweifeln, dass ein kleiner Krebs in diesem gigantischen Raum eine einzige Population haben kann – in der Größenordnung einer nur kosmischen Epischura! Es stellte sich vielleicht heraus. Und wenn es uns gelingt, die Ursachen dieses Phänomens zu verstehen, können wir dem Verständnis der Artbildung auf der Erde ein wenig näher kommen.

Literatur:
1. Melnik N. G. Der Krustentier des Baikalwassers // Wissenschaft erste Hand. 2004. Vol. 3. Nr. 2. S. 95-99.
2. Noisy V. K. Nature war der erste Gentechniker // Wissenschaft aus erster Hand. 2004. Vol. 3. Nr. 2. S. 33-39.
3. Zaidykov I. Yu., Major T. Yu., Sukhanova L. V., ua Polymorphismus der mtDNA episura des Baikalsees – der wichtigsten endemischen Spezies der Planktongemeinschaft // Genetik. 2015. V. 51. Nr. 9. S. 1087-1090.
4. Naumova E. Yu., Zaidykov I. Yu., Tauson V. L., Likhoshway Ye. V.Süßwasserarten der vier Süßwasserarten Epischura (Copepoda: Calanoida) // Zeitschrift für Crustacean Biol. 2015. V. 35. Iss. 6. P. 741-746.

Die Publikation verwendete Fotos des Autors.


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