Исследователи из Океанографического института Вудс-Хоул (WHOI) и Университета Стоуни-Брук вырастили личинок атлантических тапочек, которые немного больше песчинки, и записали на микроскопическое видео их плавание. В предыдущих исследованиях обычно считалось, что личинки плавают быстрее, когда они быстрее бьют свои волоскообразные реснички. Однако это новое микроскопическое видео и исследования показывают, что это не так.
«Я был очень удивлен, когда увидел, что нет никакой связи между частотой биений ресничек и скоростью их плавания», – говорит Карен Чан, докторант WHOI и ведущий автор исследования, которое было опубликовано сегодня в PLOS ONE.
Личинки фактически контролируют скорость своего плавания, слегка изменяя положение своих велярных долей – плоских дискообразных крыльев, окаймленных ресничками. Способность делать небольшие движения своими велюрными лопастями, сродни тому, как птица регулирует угол своих крыльев во время полета, демонстрирует более сложный нервно-мышечный контроль, чем считалось ранее.
Атлантический тапочек (Crepidula fornicata) – обычная морская улитка, обитающая на северо-востоке США.S. Он стал инвазивной помехой повсюду в мире, конкурируя с эндемичными видами, особенно в Европе.
Соавтор Дайанна Падилла из факультета экологии и эволюции Университета Стоуни-Брук собрала многочисленные исследуемые виды с северного берега Лонг-Айленда, штат Нью-Йорк, для этого исследовательского проекта.
«Сотрудничество между биологами-организаторами, такими как я, и океанологами, которые разрабатывают и используют такие умные технологии, помогает нам найти ответы на важные вопросы, которые в противном случае были бы невозможны», – говорит Падилла. Она вырастила личинок в своей лаборатории, которые были отправлены в WHOI для видеоанализа.
Хоушо Цзян, младший научный сотрудник WHOI и соавтор этого проекта, говорит, что их конечная цель – понять роль моллюска в формировании морской экосистемы, окружающей среды и климата в целом.
При поддержке программы биологической океанографии Национального научного фонда Цзян создал индивидуальную вертикально ориентированную оптическую систему, которая может увеличивать и записывать высокоскоростное видео с высоким разрешением, на котором микроорганизмы свободно плавают в судне с морской водой со скоростью 2000 кадров в секунду.
«С помощью этой установки можно наблюдать гораздо больше в деталях, чем наблюдение под микроскопом», – говорит Цзян.
Традиционно ученые регистрируют, насколько быстро личинки бьют свои реснички, помещая кусок прозрачного материала на экран компьютера, отслеживая и подсчитывая реснички вручную.
«Мы разработали метод, позволяющий делать то же самое, но в цифровом виде», – говорит Чан.
На видео с высоким разрешением реснички меняют цвет от светлого к темному, когда они бьют вверх и вниз.
Чан собрал соотношение яркости и темноты и рассчитал вариации, чтобы определить, насколько быстро и часто личинка бьет свои реснички.
«Это способ применить новую технику для решения этой старой проблемы», – говорит она.
Она также измерила длину раковины каждой личинки, площадь лопастей и расстояние между центром лопасти и центром раковины, чтобы рассчитать ориентацию лопастей.
Она записывала и наблюдала за плавающими личинками в возрасте от двух до 19 дней.
Она обнаружила, что в течение одного дня личинки могут изменять свою скорость от плавания одной длины тела в секунду до четырех длин тела в секунду.
«Это означает, что они в большой степени контролируют скорость своего плавания», – говорит Чан.
И то, как они плавают, может определить, куда они могут пойти.
«Эти результаты показывают гибкость, присущую этим маленьким животным, которая, вероятно, делает их такими успешными», – говорит Падилла.