Веслоногие виды Calanus finmarchicus планируют свой день, используя генетические часы, которые работают независимо от внешних раздражителей. Часы определяют метаболические ритмы копепод и ежедневную вертикальную миграцию. Это, в свою очередь, оказывает огромное влияние на всю пищевую сеть в Северной Атлантике, где Calanus finmarchicus является центральным видом планктона. Где бы ни находилась высококалорийная копепода, определяется, где находятся ее виды-хищники. Результаты исследования будут опубликованы в журнале Current Biology.
День за днем океаны нашего мира являются домом для массовой вертикальной миграции: в сумерках бесчисленные виды планктона, такие как веслоногие раки и криль, поднимаются на поверхность, где они питаются одноклеточными водорослями, которые могут только процветать там, где достаточно солнечного света. Покров ночи предлагает планктону защиту от хищников, таких как рыбы, которым для охоты нужен свет. Когда приближается рассвет, они снова погружаются в темные глубины, где могут прятаться от своих хищников в течение дня, завершая цикл, который, вероятно, представляет собой самое большое ежедневное движение биомассы на всей планете. Хотя это явление было впервые обнаружено более века назад, исследователи все еще работают над расшифровкой сигналов, которые используют эти морские организмы, чтобы решить, когда подниматься, а когда опускаться.
Свет, по-видимому, является важным фактором, но эта миграция также продолжается в течение долгой полярной ночи и в глубоком море, где практически невозможно обнаружить свет. Эксперты из Центра полярных и морских исследований им. Гельмгольца Института Альфреда Вегенера (AWI) показали, что вид веслоногих рачков Calanus finmarchicus обладает внутренними генетическими часами, которые производят определенный 24-часовой ритм, независимый от условий окружающей среды. Свет нужен только для того, чтобы время от времени «сбрасывать» часы. «Эти часы регулируют ритм метаболической активности копепод, а также их ежедневную вертикальную миграцию», - объясняет первый автор Серен Хефкер.
Работая вместе с коллегами из Ольденбургского университета и Шотландской ассоциации морских наук, он провел подробное исследование механизма внутренних часов этого важного вида планктона и сравнил ежедневную миграцию с ритмом генетических часов. Как вспоминает Хефкер, «мы были поражены, увидев, насколько точно генетические часы сохраняют свой 24-часовой ритм без каких-либо внешних раздражителей, и что мы обнаружили тот же ритм в контролируемых лабораторных условиях, что и в естественной среде обитания на озере Лох-Этив в Шотландии. В своей естественной среде веслоногие рачки могут совершать ежедневные миграции на несколько сотен метров; Интересно, что исследователи смогли подтвердить ту же модель движения в лабораторных экспериментах. Они начали с имитации естественного ритма дня и ночи, а затем несколько дней держали животных в постоянной темноте. В этих условиях они измеряли потребление кислорода (как показатель метаболической активности), поведение при вертикальной миграции и уровни активности различных «часовых генов». Что они обнаружили: в испытательных резервуарах высотой примерно один метр ритмичная вертикальная миграция продолжалась, как и в полевых условиях, даже в постоянной темноте. Такое поведение показывает, что миграция регулируется генетическими часами. В результате крошечные ракообразные могут предсказывать суточный цикл, что позволяет им, например, уйти в более глубокие слои воды до того, как появится достаточно солнечного света, чтобы хищники могли их найти.
Веслоногие рачки Calanus finmarchicus накапливают в своем теле большие запасы жира, что делает их привлекательным источником пищи для многих крупных животных. Таким образом, его ежедневная миграция чрезвычайно важна для экосистемы, особенно потому, что из-за глобального потепления распространение многих морских видов сместилось ближе к полюсам. Однако продолжительность светового дня значительно больше варьируется в течение года вблизи полюсов, что ставит вопрос о том, могут ли внутренние часы веслоногих справиться с этими экстремальными условиями. Как заключает Сёрен Хефкер: «Только если мы поймем, как работают генетические часы и как они влияют на жизнь в океанах, мы сможем предсказать, как морские виды будут реагировать на будущие изменения в их среде - например, из-за изменения климата. и какие последствия это будет иметь для морских экосистем».