Команда исследователей наблюдала войны за коралловый дерн, «поцелуи» коралловых полипов и многое другое с помощью новой микроскопической технологии.
Многие важные биологические процессы в океане происходят в микроскопических масштабах, но когда ученые удаляют организмы из их естественной среды обитания, чтобы изучать их в лаборатории, большая часть информации и ее контекста теряются. Стремясь преодолеть эту проблему, океанограф Скриппса Жюль Джаффе и его команда разработали новый тип подводного микроскопа для получения изображений морских микроорганизмов в их естественных условиях, не беспокоя их.
Бентический подводный микроскоп, или BUM, представляет собой систему, состоящую из двух частей: подводный компьютер с водолазным интерфейсом, подключенным к микроскопу, для изучения морских объектов с разрешением, близким к микронам.
Инструмент имеет линзу с большим увеличением, кольцо сфокусированных светодиодных ламп для быстрой экспозиции, возможности флуоресцентной визуализации и гибкую настраиваемую линзу, похожую на человеческий глаз, для изменения фокуса для просмотра структур в 3-D.
«Этот подводный микроскоп – первый инструмент для изображения морского дна в таком маленьком масштабе», – сказал докторант Скриппса Эндрю Маллен, соавтор исследования, опубликованного в номере журнала Nature Communications от 12 июля. "Система способна видеть объекты размером с отдельные ячейки под водой."
По словам исследователей Скриппса, мотивация к созданию системы визуализации заключалась в том, чтобы лучше понять многие экологические процессы, происходящие под водой в микроскопическом масштабе.
«Чтобы понять эволюцию динамических процессов, происходящих в океане, нам необходимо наблюдать за ними в соответствующем масштабе», – сказал Джаффе, старший автор исследования и глава лаборатории подводных изображений Джаффе в Скриппсе.
Чтобы проверить способность новой технологии фиксировать мелкомасштабные процессы, происходящие под водой, исследователи использовали систему визуализации для просмотра коралловых полипов миллиметрового размера у побережья Израиля в Красном море и у Мауи, Гавайи.
Во время экспериментов в Красном море исследователи установили BUM, чтобы фиксировать взаимодействие двух кораллов разных видов, расположенных близко друг к другу.
На изображениях были обнаружены микромасштабные процессы, в которых кораллы испускают нити, похожие на нитки, которые выделяют ферменты из полости живота, чтобы вести химическую битву за дерн, чтобы уничтожить ткани других видов в борьбе за пространство на морском дне. Тем не менее, когда исследователи поместили кораллы одного вида рядом друг с другом, они не выбрасывали эти желудочные жидкости.
«Они могут отличить друга от врага», – сказал Маллен.
Исследователи также сняли видео, на котором соседние отдельные полипы в одной колонии кораллов по очереди обнимают друг друга – неизвестное явление, которое исследователи называют «поцелуями»."
Затем исследователи развернули прибор у острова Мауи после одного из крупнейших зарегистрированных событий обесцвечивания кораллов, которое происходит, когда одноклеточные водоросли, живущие внутри кораллового полипа, выбрасываются во время событий высокой температуры океана. Недавно обесцвеченные кораллы все еще живы, но в их ослабленном состоянии могут быстро вторгнуться и зарасти нитчатые водоросли дерна.
С помощью микроскопа группа исследователей наблюдала ранее не сообщавшуюся сотовую структуру начальной колонизации и роста водорослей в областях между отдельными коралловыми полипами во время обесцвечивания кораллов.
Эти результаты дают представление о процессе, который морской эколог из Скриппса Дженнифер Смит, соавтор исследования, назвала «последовательностью водорослей», когда небольшие нитчатые водоросли сначала оседают на гребнях между коралловыми полипами и в конечном итоге задыхают живую ткань. Изображения показали, что водоросли способны активно зарастать живые кораллы во время обесцвечивания.
«Этот инструмент является частью новой тенденции в исследованиях океана, чтобы перенести лабораторию в океан вместо того, чтобы переносить океан в лабораторию», – сказала со-ведущий автор исследования Тали Трейбиц, бывший научный сотрудник Скриппса, ныне работающий в Университете им. Школа морских наук им. Чарни в Хайфе.
Джефф и Маллен сейчас готовят прибор для съемки микроскопических частиц в воде у поверхности кораллов, чтобы изучить, как поток воды над кораллами позволяет им обмениваться газами, необходимыми для дыхания.