Helmet dan jarum • Sergey Glagolev • Tugas sains popular mengenai "Elemen" • Biologi

Helmet dan jarum

Tugas

Rajah. 1. Perempuan musim panas Daphnia retrocurva. Foto dari cfb.unh.edu

Dalam banyak spesies krustasea planktonik, daphnia diucapkan sebagai siklomorfosis. Jadi dipanggil perbezaan bermusim dalam struktur luar generasi berbeza spesies yang sama. Pada musim sejuk dan musim bunga, daphnia lebih besar, kepala mereka adalah bulat, mata besar, dan jarum ekor (tumbukan pada bahagian belakang kulit yang menutupi badan) sering agak pendek. Pada permulaan atau pada pertengahan musim panas, saiz badan (panjang dan berat kulit) dan penurunan diameter mata, panjang jarum ekor bertambah, dan pertumbuhan panjang muncul di kepala – topi keledar. Dalam beberapa spesies ia adalah luas (Rajah 1), di lain-lain ia lebih sempit (Rajah 2, baris atas), kadang-kadang sama dengan jarum. Tanda-tanda ini muncul dalam generasi baru – kanak-kanak dan cucu daphnids musim bunga!) Pada musim gugur dan musim sejuk (jika daphnias menghabiskan musim sejuk dalam keadaan aktif, dan bukan dalam bentuk telur berehat), topi keledar biasanya berkurangan atau hilang.

Rajah. 2 Cyclomorphosis dalam dua jenis daphnia – D. cucullata di salah satu daripada tasik Denmark dan D. retrocurva di salah satu tasik AS. Imej dari studyblue.com

Adakah anda berfikir apa itu Makna penyesuaian perubahan ini? Kenapa daphnia memerlukan topi keledar dan jarum ekor panjang pada musim panas dan kenapa tidakkah mereka tumbuh pada musim bunga dan musim sejuk?


Petua 1

Rajah. 3 Paku pada cangkerang kelihatan pada generasi musim panas berputar Brachionus. Imej dari plankt.oxfordjournals.org

Buah-buahan yang panjang sedemikian terbentuk bukan sahaja dalam daphnia, tetapi juga dalam organisma planktonik lain – sebagai contoh, rotifers (Rajah 3) dan cengkerang pelapis. Tetapi generasi musim panas mereka, yang mengalami peningkatan, biasanya tidak lebih kecil daripada musim bunga, tetapi lebih besar.


Petua 2

Di salah satu daripada dua tasik yang terletak di sebelah satu sama lain dalam zon iklim yang sama, daphnia mungkin mengalami siklomorphosis tipikal, manakala di musim panas yang lain, daphnids spesies yang sama menjadi lebih kecil, diameter mata berkurangan, tetapi topi keledar tidak berkembang. Di kawasan tropika, gambar itu sama – di beberapa badan air, daphnids mempunyai siklomorfosis, dan di dalam badan air lain, daphnia spesies yang sama mungkin tidak mempunyai atau ia dinyatakan lemah.


Penyelesaian

Rajah. 4 Antena Daphnia. Foto dari laman web micrographia.com

Kajian tentang sinlimorphosis daphnids dan rotifers mempunyai sejarah yang panjang, sehingga tidak ada kekurangan hipotesis tentang penyebab penampilan dan peranan jarum dan helm. Pada mulanya, sesetengah saintis menggambarkan jenis musim panas dan musim bunga Daphnia sebagai spesies yang berasingan (tetapi jawapannya akan bertentangan dengan keadaan masalah). Kemudian gagasan itu timbul bahawa hasil pemangkasan memudahkan pengukus di dalam air. Tenggelam daphnia mati (menarik cengkerang chitinous ke bahagian bawah). Oleh itu, daphnias hidup menghabiskan tenaga untuk tinggal di dalam air: mereka terapung ke atas sepanjang masa.

Daphnids berenang dengan antena – antena ditutup dengan bulu bulu (Rajah 4). Apabila daphnia berayun antena, menjatuhkannya, semua bulu melicinkan dan menolak badan kerak ke hadapan. Apabila daphnia menimbulkan antena, semua bulu lipatan, rintangan air berkurangan, dan kerak tidak dapat bergerak kembali. Dan dalam selang antara serangan antena, daphnia perlahan-lahan tenggelam.

Untuk jangka masa yang panjang ia dipercayai bahawa hasil tanaman melambatkan menyelam. Inilah bagaimana peranan mereka diterangkan, sebagai contoh, dalam buku "Life Animal" yang popular:

Kehidupan banyak krustasea bercabang di dalam tiang air dikaitkan dengan satu fenomena yang ingin tahu, yang dipanggil cyclomorphosis. Inti daripadanya terletak pada hakikat bahawa bentuk dan saiz cangkang jenis tertentu secara semula jadi berbeza dengan musim tahun ini. Pada musim panas, dalam beberapa spesis daphnia, "topi keledar" yang dipanggil di kepala, dan di Bosmin pada bahagian punggung – "bonggol". Di samping itu, di Daphnia, lonjakan belakang pada cangkang dilanjutkan, dan di Bosmin – antena-antena depan (Rajah 198). Perubahan ini berlaku sejajar dengan perubahan suhu air. Walau bagaimanapun, dalam kes ini, bukan suhu itu sendiri yang penting, tetapi kesannya terhadap ketumpatan air. Air yang dipanaskan mempunyai ketumpatan yang lebih rendah daripada yang disejukkan.Untuk pergerakan dan melonjak dalam air panas yang kurang likat, proses yang lebih lama diperlukan, dan kadang-kadang bentuk badan yang berbeza. Oleh itu, bentuk musim panas Daphnia dan Bosmin mengembangkan peranti khas untuk pergerakan dan melonjak dalam keadaan sedemikian. Nilai ketumpatan air untuk perubahan dalam bentuk badan krustasea disahkan oleh pemerhatian EF Manuilova terhadap daphnia Tasik Balkhash. Di tasik ini, salin ke arah dari timur ke barat secara beransur-ansur bertambah dan pada masa yang sama air menjadi semakin padat. Local Plankton Daphnia – Daphnia balchashensishidup di dalam kemasinan yang agak tinggi, mempunyai kepala yang sepenuhnya bulat, dan tinggal di bahagian yang ditenun dari tasik mempunyai kepala yang dilengkapi dengan topi keledar.

Nampaknya semuanya menumpu – dan masih keraguan. Pertama, jika ketumpatan air pada 4 ° C diambil sebagai 1, maka pada 20 ° C ia akan menjadi 0.998. Dan kerana sepuluh ribu ini tumbuh topi keledar? Kedua, tidak jelas mengapa siklomorphosis berjalan begitu berbeza di tasik-tasik yang berdekatan. Benar, terdapat tasik air hangat dan air sejuk, tetapi di dalamnya perbezaan dalam ketumpatan air lebih kurang. Dan, tentu saja, saiz kecil juga melambatkan menyelam; tetapi tidak jelas mengapa dalam sesetengah keadaan daphnia tumbuh topi keledar, dan di lain-lain mereka mengurangkan saiznya.Ia tidak jelas mengapa ia perlu untuk menyingkirkan hasil tanaman untuk musim sejuk – selepas semua, lebih menguntungkan untuk tenggelam lebih perlahan dan dalam air yang lebih padat! Dan tidak jelas apa ukuran mata tentang … Akhirnya, eksperimen menunjukkan bahawa di bawah anestesia, daphnid dengan dan tanpa tumbesaran tenggelam pada kelajuan yang sama.

Oleh itu pencarian penjelasan lain diteruskan. Dan tidak lama kemudian mereka dijumpai.

Kehidupan Daphnia adalah sukar: tidak ada tempat untuk bersembunyi di dalam tiang air, dan terdapat banyak pemangsa yang dapat makan daphnia tanpa pertahanan yang kecil. Dan di kebanyakan tasik terdapat dua jenis pemangsa – invertebrata dan ikan. Sebagai contoh, pemangsa invertebrata yang memakan daphnia. larva predator nyamuk Khaoborus (lihat M. Lencioni, 2006. Pemilihan Prey oleh Chaoborus di Bidang dan Makmal), leptodoors udang berdaunLeptodora kindti), cyclops besar, dan sebagainya. Kebanyakan pemangsa ini tidak menggunakan penglihatan mereka apabila memburu: mereka berjaya memburu kedua-duanya dalam cahaya dan dalam kegelapan. Mereka menemui mangsa oleh turun naik air – dengan bantuan sensasi vibro-tactile. Di samping itu, mereka biasanya boleh memburu hanya mangsa sehingga 1 mm. Kebanyakan daphnida tasik hingga matang hanya tumbuh pada saiz ini atau sedikit melebihi.

Dengan ikan itu sebaliknya. Apabila memburu Daphnia mereka menggunakan penglihatan mereka. Mereka boleh menelan sebarang daphnia.Dan sambil memburu Daphnia, mangsa yang lebih besar dipilih – "sekeping besar dan mulut bergembira". Sebagai tambahan, mangsa besar lebih mudah untuk diperhatikan: ikan melihatnya dan menyerang dari jarak yang lebih besar.

Daphnids yang lemah adalah antara dua kebakaran. Untuk melepaskan diri dari ikan, anda perlu menjadi tidak mencukupi sebaik mungkin. Di tasik dalam, penghijrahan menegak sebahagiannya menjimatkan – pada sebelah petang, daphnids besar pergi ke kedalaman di mana ia gelap dan tiada apa yang boleh dilihat. Pilihan lain adalah untuk mengurangkan saiz badan legap dan terutama hitam, kelihatan dari mata jauh. Tetapi jika daphnias hanya menjadi lebih kecil – mereka akan menjadi mangsa kepada pemangsa invertebrata. Jadi, ini tidak berlaku, Daphnia meningkatkan saiznya kerana panjang, tetapi telus dan tidak dapat dilihat oleh tumbuhan ikan. Pengauditan menunjukkan bahawa pertumbuhan ini dibentuk di tasik, di mana terdapat banyak invertebrata pemangsa.

Jika pemangsa utama adalah ikan, maka daphnias musim panas biasanya hanya mengecut. Benar, salah satu daripada Daphnia – Daphnia lumholtzi – tumbuhan adalah sangat panjang dan tajam sehingga dapat melindungi ikan. Spesies tropika ini baru-baru ini menetap di takungan AS, dan ia mula aktif mencari. Ternyata goreng yang tidak berpengalaman secara sukarela merebut daphnid yang berkilat, tetapi kemudian sering memuntahkannya (meludahkan daphnia dapat bertahan!) Dan jangan ulangi lagi usaha.Walau bagaimanapun, untuk kes daphnia kes ini adalah pengecualian: biasanya penanaman adalah nipis, lembut, dan mereka tidak dapat berfungsi sebagai perlindungan mekanikal terhadap ikan.

Eksperimen-eksperimen di makmal mengesahkan bahawa tumbesaran entah bagaimana melindungi daphnias dari pemangsa kecil (invertebrat). Bagaimana sebenarnya? Tidak ada hipotesis sama ada. Mungkin ini teknologi tersembunyi, dan lebih sukar bagi pemangsa untuk mengesan daphnia berenang dengan topi keledar? Nampaknya percubaan tidak mengesahkan ini: Khaoborus sama-sama sering melemparkan daphnias dengan dan tanpa topi keledar.

Atau mungkin daphnias dengan tanaman yang panjang berenang lebih cepat melintang atau menghancurkan jauh dari pengejaran, contohnya, kerana dengan saiz topi keledar yang lebih besar, mereka mempunyai otot antena yang lebih panjang dan lebih kuat yang terletak di dalam kepala? Di sini data lebih bercanggah: mungkin bagi sesetengah spesies ini benar, tetapi bagi yang lain ia tidak (frekuensi serangan pemangsa yang berjaya pada daphnid dengan dan tanpa topi keledar tidak berbeza). Ia tepat menunjukkan bahawa dalam banyak kes daphnia dengan topi keledar ia lebih mudah untuk melarikan diri dari gigi pemangsa dan terus hidup. Mengapa – tidak diketahui dengan pasti. Ia mungkin lebih sukar bagi pemangsa untuk mencapai organ-organ penting, jantung atau otak, dengan rahangnya.Atau mungkin topi keledar dan jarum nipis memainkan peranan yang sama seperti ekor kadal – meninggalkan sebahagian daripada tumbuhan pada gigi pemangsa, Daphnia menyelamatkan nyawa. Dan sememangnya, tasik sering menyentuh daphnids secara langsung dengan jarum yang patah dan sedikit topi keledar (selepas beberapa jantan, bahagian yang hilang dapat tumbuh semula).

Jadi, kerana proses telus, daphnia meningkatkan saiz sebenar, melarikan diri dari pemangsa kecil, tetapi tidak meningkatkan saiz yang jelas (perlindungan dari ikan!). Mengapa tumbuhan muncul pada musim panas dan hilang pada musim luruh?

Soalan ini berpecah sekurang-kurangnya menjadi dua: 1) mengapa tumbuhan hilang pada musim gugur? dan 2) di bawah pengaruh faktor apa yang mereka muncul pada musim panas?

Jawapan kepada soalan pertama secara keseluruhan adalah jelas: tiada apa yang diberikan untuk apa-apa. Menumbuhkan topi keledar dan jarum memerlukan tenaga, dan nampaknya tidak begitu kecil. Walaupun hasil pembiakan nipis, mereka diliputi dengan lapisan kitin. Dan daphnia sering menggelitik (terutamanya untuk menghilangkan agen fouling – epibiont). Dan setiap kali, kitin perlu disintesis dan dirahsiakan semula. Sudah jelas bahawa dengan banyaknya invertebrata pemangsa, lebih baik mengarahkan tenaga ini kepada sesuatu yang bermanfaat – sebagai contoh, untuk meningkatkan kesuburan.Memang, beberapa karya telah menunjukkan bahawa, perkara lain menjadi sama, "bersenjata" daphnids meninggalkan lebih sedikit keturunan daripada "tidak bersenjata". Oleh itu, daphnias, yang mengekalkan pertumbuhan secara kekal, akan digantikan oleh klon yang mampu cyclomorphosis.

Oleh kerana kita telah menyebutkan klon, sudah tiba masanya untuk mengingatkan anda bahawa daphnias biasanya menghasilkan semula melalui parthenogenesis kitaran. Pada musim panas di populasi sahaja wanita. Mereka membiak menggunakan telur diploid yang terbentuk tanpa meiosis dan rekombinasi. Dan pada lelaki gugur tumbuh dari telur yang sama, dan pembiakan biseksual normal berlaku. Telur pemupukan bertahan pada musim sejuk, dan pada musim bunga mereka keluar klon wanita baru. Jika daphnias menenggelamkan di bawah ais, beberapa klon "tahun lepas" dipelihara di dalam tasik. Cyclomorphosis boleh berlaku dalam klon; tetapi selebihnya sering juga disebabkan oleh fakta bahawa klon berbeza berbeza dengan keupayaan mereka untuk menumbuhkan pertumbuhan. Pada musim bunga, klon "tidak bersenjata" yang produktif mungkin berlaku, dan pada musim panas, mereka akan diganti dengan klon yang lebih dilindungi dengan topi keledar dan jarum.

Mungkin yang paling menarik ialah jawapan kepada soalan kedua. Telah lama diketahui bahawa pertumbuhan topi keledar dan jarum boleh dirangsang oleh tindakan banyak "musim panas" keadaan: peningkatan suhu, peningkatan pergolakan air, peningkatan panjang jam siang, dan peningkatan jumlah makanan.Tetapi buat masa ini ia tidak berlaku kepada sesiapa sahaja yang merangsang pertumbuhan tumbuhan perlindungan … pemangsa itu sendiri! Tetapi ternyata ini berlaku.

Rangsangan utama, yang mana topi keledar dan jarum berkembang, adalah bahan yang disiarkan oleh pemangsa makan. Bahan-bahan sedemikian yang dipancarkan oleh pemangsa, tetapi mangsa menganggapnya, disebut Cairomones (lihat Kairomone). Dengan definisi sempit, mangsa dari persepsi Cyromones masih menjadi pemenang. Daphnia menangkap Cairomones dan pemangsa invertebrata dan ikan. Yang paling mudah terdedah adalah embrio Daphnia atau bayi baru lahir. Di bawah tindakan cairomones, banyak daphnids tumbuh topi keledar dan jarum, dan pertumbuhan biasanya mempercepatkan. Cairomones ikan terutamanya mempengaruhi kelakuan mereka – mereka merangsang penghijrahan menegak. Di samping itu, mereka boleh melambatkan pertumbuhan dan mempengaruhi banyak ciri pembiakan daphnids. Musim pembiakan kebanyakan pemangsa adalah permulaan musim panas. Dan pemangsa "mulia" memberi amaran kepada mangsa: "Marilah! Perlahankan diri dan tidak makan kamu!"


Selepas perkataan

Bekerja dengan topi keledar dan jarum masih belum habis. Anda boleh mengetahui bagaimana pemangsa yang berbeza bertindak pada spesies daphnia yang berlainan (terdapat kira-kira seratus daripadanya), di zon geografi yang berlainan, dan sebagainya.Orang boleh cuba memahami bagaimana interaksi ini mempengaruhi dinamika bilangan spesis dan ekosistem tasik dan kolam secara keseluruhan. Persoalan bagaimana tumbesaran membantu daphnia melarikan diri dari mulut pemangsa tidak difahami dengan baik. Anda boleh cuba menguraikan struktur kimia chyromone (banyak yang diketahui mengenainya, tetapi masih tidak ada rumus yang tepat).

Ia lebih menarik untuk memahami bagaimana daphnias mengesan chyromones. Baru-baru ini, ada kemungkinan untuk mengetahui sesuatu tentang hal ini: sebagai contoh, ternyata kairomon daphnia kaoborus dirasakan menggunakan neurons yang merembeskan asetilkolin, dan kairomons ikan menggunakan sel saraf. Sebaik sahaja gen telah disusun Daphnia pulex, peluang untuk bertanya soalan baru. Apakah gen yang diaktifkan oleh cyromons? (Ini telah dikaji.) Antara gen ini dan bagaimana kesannya kepada pertumbuhan topi keledar dan tanda-tanda daphnia yang lain? (Hampir tiada apa yang diketahui tentang ini.)

Tetapi mungkin ini semua soalan terlalu peribadi? Tidak sedikit! Ingatlah untuk permulaan mengenai flagelet berperisai dan rotifers. "Perlindungan didorong" terdapat dalam banyak spesies organisma plankton. Cyclomorphosis yang dikaitkan dengan perlindungan daripada pemangsa juga digambarkan dalam haiwan habitat lain – dalam ciliates, balanus, siput, dll.Tumbuhan boleh bertindak balas terhadap kehadiran pemangsa dan "mengindikasikan" mempertahankan mereka dalam satu cara atau yang lain (lihat tugas "Kehidupan dan Kematian di Savannah"), dan ini secara langsung memberi kesan kepada kepentingan rakyat.

Masalah yang sama adalah komunikasi kimia antara spesies yang berbeza, termasuk dengan bantuan Cairomones. Mungkin, persepsi tikus oleh kyromones yang terkandung di dalam air kencing pemangsa dikaji terbaik. Benar, masih terdapat banyak momen yang belum diterokai di sini (lihat, contohnya, D. Ferrero et al., 2011. Pengesanan secara tidak sengaja). Satu contoh teka-teki yang luar biasa ialah reaksi tikus ke beberapa protein yang terasing dari air liur kucing dan air kencing (lihat protein kencing utama). Kedua-dua protein sangat serupa dan menyebabkan ketakutan pada tikus. Ini belum lagi misteri. Misteri adalah bahawa protein yang sama tikus, yang dilihat oleh protein reseptor yang sama dari sel-sel organ vomeronasal (lihat juga organ Vomeronasal), merangsang pencerobohan pada tikus jantan! Apa yang diketahui pasti ialah bahan dari kucing atau air kencing memicu tindak balas ketakutan pada tikus, lebih-lebih lagi, kongenital. Dan semua perkara yang membimbangkan "ketakutan dan bagaimana untuk menanganinya" adalah topik yang mendesak untuk neurosains perubatan moden.

Saya telah mendengar dari ahli biokimia yang bereputasi dan munasabah bahawa biokimia sebagai sains memenuhi misi dan menamatkan perkembangannya menjelang akhir abad kedua puluh.Tetapi mereka jelas bermakna mengkaji laluan metabolik utama. Bagi ekologi kimia dan "etnologi kimia" (saya tidak mencipta ini, maka boleh dikatakan tanpa tanda petikan, lihat Ekologi Kimia Serangga, Etologi dan Evolusi) – di sini biokimia tidak akan kekal tanpa kerja untuk masa yang lama. Sekarang ramai di antara mereka mungkin menulis permohonan untuk geran bersama ahli alam sekitar dan pakar neurologi.


Like this post? Please share to your friends:
Tinggalkan Balasan

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