Морские травы уже давно известны как одни из самых замечательных организмов Земли - потомки цветущих наземных растений, которые повторно заселили океан, развив черты, которые позволяют им расти, опылять и выпускать плоды с семенами, полностью погрузившись в соленую воду. морская вода.
Теперь исследование, проведенное совместным австралийско-американским Ученые обнаружили, что одна группа водорослей, австралийские виды рода Posidonia, развили еще одну замечательную адаптацию для выживания в океане: крылатое семя, форма которого использует силу подводных течений, чтобы удерживать его на морском дне для укоренения.
Результаты исследования дают ценную информацию для усилий по восстановлению популяций водорослей в Австралии, Чесапикском заливе и других местах. Луга с морскими водорослями, которые обеспечивают важную среду обитания и кормления других морских обитателей и играют ключевую роль в поддержании качества воды, во всем мире находятся под угрозой из-за потепления и чрезмерного удобрения прибрежных вод.
Опубликованное в недавнем выпуске Scientific Reports исследование морских водорослей является первым, в котором было зарегистрировано крылатое семя среди морских покрытосеменных растений и экспериментально определено его адаптивное преимущество. Это также показывает, что семена видов Posidonia в районах с более сильными течениями имеют более крупные крылья, что является еще одним свидетельством полезности этого признака.
Ведущий автор доклада - доктор Гэри Кендрик из Университета Западной Австралии. Исследование стало результатом долгосрочного сотрудничества между Кендриком и доктором Робертом «Джей-Джей» Ортом из Института морских наук Вирджинии Уильяма и Мэри, пионером в области мониторинга и восстановления водорослей в Чесапикском заливе и срединно-атлантических прибрежных лагунах. В исследование также внесли свой вклад Мэрион Кембридж, Джереми Шоу, Лукаш Котула и Райан Лоу из UWA, а также Эндрю Померой из Австралийского института морских наук.
«Понимание базовой биологии семян и их укоренения позволяет нам оптимизировать наши методы восстановления на основе семян», - говорит Кендрик. «Работа с JJ и командой VIMS - использование их глубокого понимания мира, с которым сталкиваются семена - привела к действительно междисциплинарному результату, который сочетает в себе навыки биологов, занимающихся водорослями и реставраторами, анатомов растений и специалистов по гидродинамическому моделированию».
Удачная история
Крылатые семена обычно используются наземными растениями для распространения ветром, знакомым примером являются вертолетоподобные семена клена и ясеня. Поэтому, когда Орт впервые заметил крылоподобную структуру семян Posidonia во время полевых исследований в Австралии в середине 1990-х годов, его первоначальная мысль заключалась в том, что она выполняет аналогичную функцию.
«Моя предварительная гипотеза заключалась в том, что [крыло] будет служить для перемещения семени дальше от родительского растения, когда оно будет выпущено из плода», - говорит Орт. Посидония производит большие плавучие плоды, которые отрываются от взрослого растения и могут уплыть на километры, высвобождая семена по мере их созревания.
Но годы кропотливых исследований показали обратное. «Высвобожденные из плода, - говорит Орт, - семена опадают очень быстро».
Основываясь на этом открытии, Орт и его коллеги разработали вторую рабочую гипотезу о том, что цель крыла состояла в том, чтобы быстро доставить семя на дно, прежде чем его съедят хищники. Но полевые исследования снова доказали, что они ошибались. «Оказывается, не многие существа любят есть эти семена, кроме крабов и других мелких ракообразных», - говорит Орт.
В третий раз прелесть
Путь исследователей к раскрытию истинной функции крыла начался, когда доктор Марион Кембридж из Института океанов Университета Вашингтона выдвинула третью гипотезу, согласно которой крыло удерживает семя на поверхности отложений до тех пор, пока оно не сможет пустить корни.
Чтобы проверить эту гипотезу, команда тщательно измерила площадь поверхности семян, используя как сканирующую электронную микроскопию, так и рентгеновскую томографию, измерила поток токов вокруг семян, помещенных в лоток, и использовала эти данные для построения компьютерная модель соответствующих гидродинамических сил.
«Когда мы пригласили Эндрю [Помероя], эксперта по гидродинамике, он был очень взволнован увиденным», - говорит Орт. «Он начал работу по моделированию, о которой говорится в статье. Вместе с нашей микроскопией и данными лотка это ясно подтверждает идею о том, что крыло помогает семени сохранять свое положение на дне, очень похоже на то, как камбалы могут оставаться на дне при сильном волнении. токи."
В итоге, вместо того, чтобы помогать поднимать и рассеивать семена, как в случае с кленами, исследование команды показывает, что эволюция спроектировала крыло посидонии так, чтобы оно прижимало семена к морскому дну, подобно прижимной силе, создаваемой задним крылом. гоночного автомобиля.
Более сильные течения, большие крылья
Дополнительным подтверждением гипотезы команды стало сравнение ширины крыльев у семян трех австралийских видов Posidonia, населяющих прибрежные среды обитания с градиентом от открытых береговых линий, промытых течением, до более защищенных бухт.
«Самое интересное в этом проекте, - говорит Орт, - заключается в том, что ширина крыла различается у трех видов, обитающих на западном побережье Австралии, и коррелирует со средой обитания каждого вида. Posidonia coriacea, которая обитает в наиболее омываемых волнами районах, имеет самое широкое крыло, в то время как два других вида - australis и sinuosa - живут в более спокойных условиях и имеют меньшие крылья». Эта корреляция распространяется вплоть до тихих вод Средиземного моря, где реликтовая популяция того же рода (P. oceanica) имеет семена практически без крыльев.
Выводы имеют важное значение для восстановления морских водорослей.«Наша работа по моделированию и эксперименты лучше информируют австралийских менеджеров по ресурсам о том, где разместить семена этих разных видов», - говорит Орт. «Надеюсь, вооружившись этой информацией, мы сможем увеличить низкий уровень успеха, который мы наблюдали в ходе одной из наших недавних крупномасштабных реставрационных работ в Кокберн-Саунд».
Выводы также еще больше пробудили интерес Орта к признакам, проявляемым семенами взморника, которые долгое время были в центре усилий его команды по восстановлению приморских заливов Вирджинии. Орт и его коллеги впервые начали засевать мелководье бухты семенами взморника в 1999 году. В то время они были бесплодными, а сегодня они занимают более 7 000 акров пышных лугов взморника, что делает их крупнейшим примером восстановления морских водорослей в мире. Фактически, теперь они владеют 75% восстановленных площадей морских водорослей в мире.
«Мы провели много экспериментов с нашими семенами взморника, - говорит Орт, - но до сих пор относительно мало знаем о функции ребер на этих семенах и о том, может ли их бочкообразная форма играть какую-то роль в их сохранении». от скатывания по дну. Наша работа с Посидонией добавила в эту работу новую интригу."