«Словно балерина, плывущая сквозь толщу воды»

О том, каким аналогом беременности и другими невероятными и причудливыми приспособлениями обзавелись многощетинковые черви, живущие в море, подводных пещерах и прибрежном песке, как они научились использовать ядовитый сероводород во благо и как с их помощью можно исследовать пластик в океане, Indicator.Ru поговорил с морским биологом Бреттом Гонсалесом. Беседа состоялась в рамках IV Международного конгресса по морфологии беспозвоночных.

Бретт Гонсалес, PhD в лаборатории Катрин Ворсоэ отделения морской биологии кафедры биологии Университета Копенгагена, часто проводит время на Багамах или Канарских островах. Правда, там он не отдыхает, а изучает удивительных червей, обитающих в подводных пещерах.

Рожденный ползать и плавать может

– Ваша лекция здесь была посвящена беспозвоночным, живущим в экстремальных условиях. Какие ключевые особенности позволяют им выживать там?

– Я работаю с семейством червей Polynoidae (из подотряда Aphroditiformia, класса многощетинковых червей, Polychaeta, которые относятся к типу кольчатых червей, Annelida). Это большая группа очень своеобразна. Дело в том, что их спину покрывают чешуйки, или элитры, что и дало им название «чешуйчатые черви». Они живут в самых разных местах: от полосы прибоя, включая пространство между песчинками, до глубин океанов, даже в пресной воде и пещерах.

Многие Polynoidae могут перемещаться туда-сюда между мелководьем и глубинами, но те, которые остались на глубине и колонизировали ее, приобрели самые интересные приспособления для выживания. Лично я изучаю и сравниваю морфологические признаки глубоководных червей из этой группы и тех, которые населяют подводные пещеры. Некоторые из их свойств очень похожи и свидетельствуют в пользу общего происхождения.

— И какие приспособления позволяют выживать в этих условиях?

— Список адаптаций очень обширен. Глубоко в море и в пещерах животные часто избавляются от глаз, так как там нет света. Они вынуждены сильно полагаться на другие сенсорные структуры, чтобы воспринимать сигналы из окружающей среды. Им нужно больше антенн или более длинные антенны со специализированными клетками или ресничками, чтобы чувствовать приближение хищника или добычи или чтобы находить партнера для размножения. В темноте слепым червям нет смысла тратить много энергии на темную расцветку или яркие узоры, поэтому глубоководные и пещерные черви избавились от них. Вместо этого они тратят энергию, чтобы приспособиться к среде обитания.

В пещерах большая часть пищи плавает в толще воды. Если чешуйчатые черви хотят есть, они тоже должны научиться плавать. Для этого появляются дополнительные приспособления, например, невероятно длинные придатки и даже хранилище липидов, чтобы держаться на плаву. Придатки также помогают червям чувствовать свое положение в пространстве, чтобы не столкнуться с камнями или стенками пещеры. О глубоководных плавающих червях из этого семейства известно не так много, но они существуют, и их было бы интересно изучить.

Чешуйчатый червь Eulagisca gigantea

Животные, которых я изучаю, — хищники. Некоторые другие червей, обитающие в пещерах, падальщики, которые едят бактерий или другие маленькие частицы еды, выловленные в толще воды. В ходе эволюции они приобрели очень длинные отростки и щупальца, чтобы лучше прокормиться. У них нет глаз, поэтому это нужно для того, чтобы искать еду как вблизи, так и вдали от себя.

Соль и сероводород — не проблема, а преимущество

— Вы занимаетесь анхиалиновыми пещерами. Почему обитатели этих пещер так разнообразны и почему их так интересно изучать?

— Анхиалиновые пещеры — один из многих типов подводных пещер. Некоторые пещеры пресноводные, а некоторые наполнены только морской водой, но в анхиалиновых есть два разграниченных слоя воды. Пресная вода легче и находится над соленой, а на стыке формируется особый пограничный слой, где есть скачок солености, его называют галоклином. Часто там оказываются частицы еды, которые попадают в своеобразную «ловушку», или формируются колонии бактерий. Поэтому в этом пограничном слое могут добывать себе пропитание многие организмы. Анхиалиновые пещеры довольно интересны: там нет течения (или оно очень слабое), вода почти не перемешивается, питательные вещества медленно попадают в пещеру, уровень кислорода довольно низкий. Поэтому животные там должны уметь искать еду, не тратя много энергии, или обходиться без пищи долгое время. Похожий феномен мы видим и на морских глубинах.

Иногда в подводных пещерах, как и в морях, из-за деятельности бактерий появляются слои, насыщенные сероводородом, который ядовит для животных, но некоторые чешуйчатые черви научились использовать этот слой как преимущество, спасаясь там от преследования хищников. Они пересекают его границу, а когда хищник уплывает, возвращаются в безопасную зону.

Такая возможность приспособиться делает эти пещеры особенными. Здесь некоторые типичные обитатели морской воды учатся жить в пресной, и наоборот. Вдобавок к этому пещерные животные всегда получают несколько уникальных качеств, которые часто называют «трогломорфизмами», поэтому они восхитительные объекты для изучения эволюции, появления и исчезновения морфологических признаков.

— Часто гидробиологи отдают предпочтение ракообразным (таким как дафния), и они становятся модельными организмами. Но вы специализируетесь на кольчатых червях. Почему они тоже важны? Какую роль они могут играть в водной среде?

— Я думаю, в первую очередь потому, что там скрыто огромное разнообразие. Все всегда говорят о ракообразных в пещерах как о самых многочисленных видах, представителей которых проще всего найти. Поэтому те пещерные организмы, которых сложнее увидеть, часто остаются без внимания. Когда мы продолжаем исследовать пещеры, погружаясь глубже и продвигаясь дальше под землей, мы делаем новые открытия. Один из способов поиска таких животных — протаскивание специальных планктонных сетей через воду, чтобы собрать множество микроскопических животных, в том числе и аннелид.

Понимание конкретных приспособлений аннелид из пещер поможет нам разобраться в назначении похожих адаптаций и у кольчатых червей из других местообитаний. Эти же методы можно применить не только к изучаемой мной группе кольчатых червей и даже не только к кольчатым червям. Наконец, может оказаться, что давление разных экологических факторов, включая доступность еды, глубину, нехватку света и так далее, на разные группы животных похоже или, наоборот, значительно отличается. Надеюсь, мы начнем понимать эти отношения лучше, а это очень важная вещь. Кроме того, работать с животными из таких экстремальных местообитаний очень круто, особенно с чешуйчатыми червями.

«Это действительно величественное зрелище»

— Чем вас так привлекают эти существа? Какие их свойства уникальны?

— Семейство Polynoidae — большая группа очень красивых животных, но пещерные обитатели особенно меня интригуют. Когда вы видите, как они двигаются в толще воды в пещере, это действительно величественное зрелище. Словно балерина, плывущая сквозь толщу воды. Многие морские биологи знают, что эта группа очень распространена в океанах, но очень мало людей отправлялись в анхиалиновые пещеры, чтобы изучать чешуйчатых червей. Чтобы их отыскать, надо уметь погружаться глубоко под воду, да еще и в пещерах. Изучение очень редкой группы животных, представителей которой не видел почти ни один человек, дает огромное внутреннее удовлетворение. Когда вы публикуете фотографию или научную статью, все люди могут увидеть необыкновенное разнообразие обитателей этих пещер!

— Я видела вашу работу, посвященную систематике и филогении подотряда Aphroditiformia, но, думаю, читателей больше заинтересовал бы другой вопрос. Зачем представителям этой группы и самому известному из них, Aphrodita, такие яркие щетинки, целая радуга красок? Помогает ли такая раскраска этому хищнику в охоте, например?

— Если честно, не думаю, что кто-то знает точно, откуда взялись такие пигменты конкретно у рода Aphrodita, но в подотряде есть и яркие представители, и полностью бесцветные — обычно они живут на глубине, в пещерах или в песке прибрежной зоны. Такое разнообразие цветов, как и у рыб и моллюсков, всегда нужно для приспособления к окружающей среде.

Почти все чешуйчатые черви — хищники, но они тоже могут стать добычей более крупного животного, поэтому их красивой окраске можно найти много применений. Многие чешуйчатые черви, живущие в полосе прибоя, имеют расцветки, похожие на их окружение, работающие как камуфляж. Если говорить об Aphrodita, цвет ее щетинок золотистый или даже красноватый, но, когда свет падает под углом, он отражается в виде переливающихся радужных цветов, и это защитный механизм, чтобы не подпустить хищников близко.

Немногие среди чешуйчатых червей могут похвастаться такой особенностью, поэтому они изобрели другие способы отпугивания хищников. Например, некоторые могут использовать биолюминесценцию и вспыхивают ярким светом, когда напуганы или атакованы. Они могут сбить хищника с толку вспышками света и скрыться. А в местах, где кислорода мало, цвета часто бывают ярко-красными из-за пигментов крови, используемых для поглощения кислорода.

Родственники по разные стороны океана и причудливые стратегии размножения

— Каких кольчатых червей из изучаемой вами группы вы считаете самыми поразительными и почему?

— Я все еще должен сказать, что это обитатели пещер. Они очень редкие, и мало кто из людей когда-либо их видел. Я люблю нырять в пещерах, собирая их. Есть два «сестринских» пещерных вида, найденных по разные стороны Атлантики. Генетически они очень близкие родственники, и их родство — путь к пониманию их эволюции. Я думаю, они самые удивительные виды, требующие дальнейшего изучения. Один из них живет в пещере на Багамах, он имеет очень длинное научное название Pelagomacellicephala iliffei.

У нас есть генетические подтверждения того, что живущие на соседних островах представители вида Pelagomacellicephala iliffei могут очень различаться, хотя внешне они похожи. Второй вид, известный только для одной пещеры на острове Лансароте (Канарские острова), называется Gesiella jameensis — в честь пещеры, где был найден. Глубоководные чешуйчатые многощетинковые черви тоже очень классные и интересные.

Если вы хотите узнать некоторые забавные факты о Polynoidae, живущих в песке, вас ждет сюрприз. Pisione, которые очень малы и обитают между песчинками, развили уникальные стратегии размножения. Многие чешуйчатые черви просто выбрасывают половые клетки в толщу воды, но у этих есть внутреннее оплодотворение, и самцы могут иметь от двух до целых 15 или 20 структур для размножения, и все они используются для оплодотворения самки одновременно. Сейчас никто не понимает, почему у одних самцов их больше, у других меньше – количество может меняться даже среди представителей одного вида. Но у животных, которые обитают в очень маленьких и необычных местах, часто встречается внутреннее оплодотворение. Это гарантирует, что их сперматозоиды встретят яйцеклетку, и их гены передадутся следующему поколению. Интересно, что у самки не всегда есть столько же отверстий для всех этих мужских структур, поэтому самец может прикрепиться к самке и скользить по ней, пока не передаст ей половые клетки из всех своих структур, чтобы быть уверенным, что его гены не пропали зря. Счастливчик, наверное (смеется).

Животные приспосабливаются к этой среде и по-другому. Некоторые хранят свои яйца под чешуйками до тех пор, пока их отпрыски не станут достаточно большими, чтобы выжить самостоятельно. Это еще одна стратегия, обеспечивающая потомству высокие шансы на выживание.

Пластмассовый мир победил

– Другая ваша научная статья посвящена кольчатым червям, живущим в песке. Вы исследовали микроволокна пластика, которые они съели. Как такие исследования помогают нам оценивать загрязнение океанов?

– В этом исследовании мы говорим о другой группе кольчатых червей, о семействе Saccocirridae. Они очень малы и тоже живут между песчинками. Здесь проблема та же, что и для всех животных, которые едят пластик. Когда маленький организм поглощает микроволокна этого вещества, загрязнение передается выше по пищевой цепи – либо в виде волокон, либо в виде химических веществ. Хуже всего, что со временем оно попадает в крупную рыбу и другие продукты, которые мы видим на рынке.

Понимание того, как питаются конкретные организмы, поможет разобраться в передаче пластика по пищевой цепи и даже может вывести на путь к очищению океана. Я бы сказал, часто животные едят пластик случайно: они либо путают его со съедобными веществами, либо съедают заодно с ними.

– Как можно бороться с проблемой загрязнения пластиком? Знаете ли вы какие-то биологические способы с этим справиться?

– Эта проблема очень серьезна. Мы можем найти микрочастицы пластика даже в водах пещер глубоко под землей и на дне океанов. К несчастью, пластик становится все мельче и мельче, и собрать все частички просто невозможно. Единственный вероятный выход – ограничить производство и потребление пластика, который попадает в океаны. Скорее всего, эта проблема останется с нами навсегда.

– Некоторые бактерии могут разлагать пластик. А у червей-обитателей «черных курильщиков» есть бактерии, окисляющие сероводород и дающие энергию своим хозяевам. Можем ли мы (просто теоретически) предположить, что между разлагающими пластик бактериями и аннелидами образуется симбиоз, чтобы перерабатывать пластик в океане?

– В последнее время были еще открыты какие-то грибки, которые разлагают пластик, но я не очень много знаю об этом исследовании. Но такими процессами гораздо легче управлять на суше, в водной среде сложнее работать. Черви, которых мы изучали, поглощают микрочастицы пластика, но частицы просто проходят сквозь их кишечник, долго не задерживаясь, поэтому, кажется, не травмируют их.

Но в других случаях пластик может застревать или накапливаться, травмируя животных или мешая им питаться, и животные погибают. В целом вы правы, бактерии могут делать изумительные вещи, их можно использовать, чтобы исправить много ситуаций. Но не забывайте, что количество пластика, с которым мы имеем дело, просто огромное.

Понравился материал? Добавьте Indicator.Ru в «Мои источники» Яндекс.Новостей и читайте нас чаще.

Подписывайтесь на Indicator.Ru в соцсетях: Facebook, ВКонтакте, Twitter, Telegram, Одноклассники.