_ Studiul constată utilizarea planctonului Senzori de lumină UV pentru a detecta schimbarea presiunii și pentru a evita să fie luate departe

Cercetătorii au descoperit modul în care planctonul care locuiește în mare răspunde la schimbările de presiune și se propulsează prin apă, folosind proeminențe minuscule numite cili.

Cercetarea, prezentată în eLife, ca un preprint revizuit, a fost descrisă de editori ca un studiu fundamental care abordează întrebarea cum anume zooplancton își schimbă direcția de mișcare ca răspuns la presiune – un fenomen cunoscut sub numele de barotaxie.

Autorii oferă dovezi convingătoare că barotaxia implică senzori de lumină UV din interiorul celulelor, care interacționează cu neuronii motori din creier pentru a activa bătaia ritmică a cililor. Rezultatele aruncă lumină asupra modului în care planctonul marin simte și răspunde diferit la indicii opuse de mediu, permițându-le să găsească habitatul optim la aproximativ 0–20 m sub mare.

Presiunea hidrostatică crește pe măsură ce apa devine mai adâncă și acest lucru presiunea poate oferi planctonului informații despre adâncime, independent de disponibilitatea luminii sau de ora din zi. Se știe că multe organisme marine simt și răspund la presiunea apei, dar folosesc mecanisme foarte diferite de detectare a presiunii.

„Peștii au vezici natatoare pline de gaz, care le permit să simtă presiunea, iar unele specii de crabi au fire de păr minuscule despre care se crede că acționează ca detectoare de presiune”, explică autorul principal Luis Bezares-Calderón, cercetător postdoctoral la Institutul Living Systems, Universitatea din Exeter, Marea Britanie. „Nu se știe care dintre diferitele mecanisme de detectare a presiunii, dacă există, observate în viața marina este folosită de animale planctonice mult mai mici.”

Pentru a rezolva acest lucru, echipa a folosit larve ale unui vierme marin, numit Platynereis dumerilii, care sunt echipate cu o bandă de cili mici pe care le folosesc pentru a înota. Larvele își bat cilii pentru a înota în sus și în jos între diferite adâncimi de apă, unde în cele din urmă se așează pe paturile de iarbă de mare aproape de coastă. Mecanismul prin care larvele sunt ghidate de lumina din mediul lor este bine înțeles, ceea ce îl face un model ideal pentru a afla mai multe despre detectarea presiunii apei.

Pentru a monitoriza modul în care larvele de plancton răspund la presiune, echipa au construit la comandă o cameră de apă în care puteau controla cu precizie presiunea apei. Ei au descoperit că larvele răspund la presiunea crescută înotând în sus mai repede și pe o traiectorie mai dreaptă.

Nivelurile mai mari de presiune au făcut ca larvele să se miște mai sus în cameră și să crească dreptatea înotului lor. Mai mult decât atât, creșterea înotului în sus a fost direct legată de gradul de creștere a presiunii, sugerând că larvele detectează mai degrabă modificări ale presiunii apei decât un nivel specific de presiune.

Pentru a înțelege mecanismul acestei schimbări în comportamentul înotului. , echipa a studiat efectul presiunii asupra cât de repede larvele își bat cilii. Ei au descoperit că frecvența medie de bătaie a crescut de îndată ce a fost aplicată mai multă presiune, ceea ce sugerează că larvele răspund la o presiune mai mare folosind cilii pentru a le propulsa în sus.

Deci, cum simt ei această schimbare de presiune? Pentru a identifica celulele care sunt sensibile la presiune, echipa a folosit imagini și un marker fluorescent pentru a analiza activitatea nervoasă la microscop. Acest lucru a identificat un grup de patru celule din mijlocul creierului care au îmbunătățit activitatea nervoasă atunci când presiunea a crescut. Aceste celule arătau similare ca formă, număr, dimensiune și poziție cu celulele „fotoreceptoare” identificate anterior, care ajută planctonul să răspundă la lumină.

„Acest lucru ne-a condus la descoperirea neașteptată că receptorii de lumină din cili, care anterior s-au dovedit sensibili atât la UV, cât și la lumina verde, sunt, de asemenea, activați prin presiune”, spune Bezares-Calderón. „Acest lucru sugerează că un singur tip de celulă ar putea integra indicii de la lumină și presiune, unde lumina UV determină planctonul să înoate în jos departe de lumină, iar presiunea crescută îi determină să înoate în sus.”

Echipa a căutat să înoate în sus. confirma acest lucru prin eliminarea unei gene esențiale din celulele fotoreceptoare numită opsină. Așa cum era de așteptat, larvele fără opsină au răspuns mult mai puțin la indicii de presiune și au avut defecte în cilii senzoriali.

Întrebarea rămasă a fost modul în care celulele fotoreceptoare convertesc semnalele de presiune în mișcarea fizică a cililor. Datorită unei hărți existente de cablare a creierului pentru larvele de plancton, au găsit o posibilă conexiune cu sistemul de semnalizare a serotoninei din creier. Când au blocat această semnalizare, a atenuat răspunsul la presiune, dezvăluind că rețeaua de semnalizare a serotoninei leagă senzorii de presiune ai planctonului cu răspunsul său fizic de înot care rezultă.

„Lucrarea noastră oferă perspective asupra mecanismelor de senzație și răspuns de presiune. într-o larvă de plancton marin”, conchide autorul principal Gáspár Jékely, profesor de biologie moleculară a organismului la Centrul de Studii Organismelor, Universitatea Heidelberg.

„Sugerează că presiunea crește – fie datorită acțiunilor proprii ale larvei. de scufundare sau scufundare, sau din cauza curenților de descendență — activează celulele fotoreceptoare senzoriale, ceea ce face ca cilii să bată mai repede într-un mod proporțional cu mărimea presiunii.

"Rezultatele noastre arată că planctonul primește lumină externă. și indicii de presiune printr-o singură celulă senzorială, iar aceste indicii apoi diverg în creier pentru a declanșa diferite comportamente de înot care ghidează planctonul înapoi într-o poziție optimă în apă.”

(Fluierul)