Tutti gli animali devono mangiare per sopravvivere. Se hai già sentito il termine "grazer" in precedenza, potresti ricordare animali da fattoria familiari, come mucche o pecore che sgranocchiano i pascoli. Ma l'oceano ha la sua suite di pascoli, con forme del corpo e tecniche di alimentazione molto diverse, anche bizzarre. Invece dei denti, un gruppo di questi invertebrati usa fogli di muco per consumare enormi quantità di minuscole particelle simili a piante. Nel nostro nuovo articolo, i miei colleghi e io suggeriamo una nuova categorizzazione per questo gruppo trascurato: "pascolatori di maglie mucose", in riconoscimento della loro insolita strategia di alimentazione.
A differenza del muco nei nostri nasi, che appare amorfo e gonfio, i fogli mucosi di questi pascolatori oceanici possono essere strutturati in maglie e reti decorate. Questi fogli di muco possono funzionare come un filtro per irretire alimenti piccoli come i batteri. I pascoli stessi sono mammut in confronto: fino a 10.000 volte più grandi del loro cibo. Se le persone mangiassero cibo così piccolo, toglieresti sale e zucchero dal piatto della cena.
I biologi marini come me pensavano che il pascolo delle mucose fosse una strategia di alimentazione "tutto sommato" - l'idea era che questi ragazzi si limitassero a buttare giù qualsiasi cosa il loro muco catturasse. Ma i recenti progressi tecnologici ci stanno aiutando a capire che i pascolatori delle mucose possono essere i palati più esigenti. E ciò che consumano - o no - influenza le reti alimentari oceaniche.
Le maglie filtranti decorate (amplificate 1.000 volte e colorate in verde brillante in questa immagine) catturano particelle molto più piccole degli stessi pascolatori. (Kelly Sutherland, CC BY) Come funziona il pascolo delle mucose?
I pascolatori a maglia mucosa includono sali, pirosomi, doliolidi, pteropodi e appendicolari. Sono in genere lunghi centimetri, che coprono all'incirca la dimensione dell'unghia alla dimensione della mano. Alcune forme di colonie comprendevano molti individui in lunghe catene che possono essere molto più lunghe. Queste creature sono grandi e acquose rispetto alle loro controparti planctoniche corpose. Se ne calpestassi uno, si schiaccerebbe, non scricchiolerebbe. Un corpo prevalentemente d'acqua consente loro di crescere rapidamente in grande.
I pascolatori a maglia mucosa sono flottanti e adatti all'oceano aperto. Vivono lontano dalla riva, dove il cibo è scarso e spesso di piccole dimensioni. I piccoli fori e le fibre delle loro maglie mucose consentono loro di catturare particelle microscopiche, che successivamente ingeriscono, a volte insieme al muco.
A differenza dei ragni che ruotano le loro ragnatele, questi pascolatori hanno un organo speciale, chiamato endostilo, che secerne la loro mucosa. A seconda del grazer, la rete mucosa può essere posizionata all'interno o all'esterno del corpo. Un gruppo, ad esempio, secerne una bolla mucosa abbastanza grande da permettere all'animale di vivere dentro come una casa. Un altro gruppo, soprannominato farfalle di mare, secerne reti mucose che si attaccano ai loro piedi a forma di ala. Queste reti mucose hanno dimensioni che vanno da un pollice a oltre 6 piedi.
Posizione della rete mucosa per diversi gruppi di pascoli. La rete mucosa è colorata in base al modo in cui i pascolatori guidano il flusso attraverso o attraverso la rete. 'MW' mostra la rete mucosa di una farfalla di mare, o il pteropode. (Caitlyn Webster / www.bywebbie.com, CC BY) Storicamente, gli scienziati hanno ipotizzato che i pascolatori a rete mucosa mangiassero tutto ciò che passava attraverso il setaccio mucoso - simile a un filtro nello scarico del lavello della cucina che cattura tutto di una certa dimensione che scorre. Recenti ricerche del mio laboratorio e di altri mettono in discussione questa ipotesi e mostra che la loro alimentazione può essere altamente selettiva. Il muco potrebbe catturare perfettamente alcune particelle di cibo, respingendo completamente altre particelle sulla base delle loro dimensioni, forma o proprietà superficiali.
Ad esempio, quando viene presentato con una miscela di particelle di cibo a forma di bastoncino e sferiche - di forma diversa ma comunque di dimensioni simili - una specie di grazer a maglia mucosa ingerisce preferibilmente le particelle sferiche.
Particelle di dimensioni e forma diverse (sferiche e asta) dall'intestino sezionato di una giacca a maglie mucose, l'appendicularian Oikopleura dioica. (Keats Conley, CC BY) È un po 'come scegliere i pasticcini per le patatine fritte: sono entrambi fatti di patate e hanno all'incirca le stesse dimensioni ma hanno forme diverse. La "scelta" del cibo dei pascolatori delle mucose è tuttavia passiva, a causa del modo in cui le prede di forma diversa si orientano nell'acqua di mare e intercettano la maglia.
Grazers può "scegliere" una preda, ma potrebbe anche essere in grado di dire qualcosa in merito - passivamente o attivamente. Ad esempio, alcuni batteri hanno superfici simili al teflon e non si attaccano alle maglie mucose, quindi non vengono quasi mai consumate. Il modo in cui tutte le diverse proprietà delle prede possono influenzare il pascolo è stato sottovalutato fino a poco tempo fa.
Discreto ma non irrilevante
Gli oceanografi sono interessati a come il materiale si muove attraverso l'oceano e come il processo potrebbe essere mediato dagli organismi. I pascolatori a maglie mucose potrebbero essere un pezzo trascurato del ciclo.
Il fatto che non catturino allo stesso modo tutte le prede ha conseguenze importanti per il modo in cui il carbonio si muove attraverso l'oceano. Dopo che i pascolatori delle mucose si nutrono, impacchettano particelle di cibo non digerito in granuli fecali legati al muco o altro materiale di scarto. Il riconfezionamento di particelle di prede con muco appiccicoso concentra le piccole prede in aggregati più grandi, il che le fa affondare più rapidamente. Questo alla fine sposta materiale organico nelle profondità oceaniche, potenzialmente conservandolo per anni o addirittura secoli. In profondità, questo materiale non è disponibile per la maggior parte degli organismi marini che vivono vicino alla superficie.
Il "salpatron" consente ai ricercatori di condurre studi sull'alimentazione sott'acqua. (Gitai Yahel / Ayelet Dadon-Pilosof (www.gitaiyahel.com), CC BY-ND) Fino all'ultimo decennio o due, gli scienziati non disponevano di strumenti tecnologici per osservare ciò che stava accadendo con i pascolatori a maglie mucose nel loro habitat nativo alle minuscole scale appropriate. Poiché questi organismi sono piuttosto fragili, ora i ricercatori nel mio laboratorio e altri usano immersioni subacquee o robot per osservarli direttamente sott'acqua. Queste osservazioni ravvicinate e attente che utilizzano telecamere ad alta velocità e microscopi sottomarini o che fanno studi sull'alimentazione nell'ambiente naturale ci hanno mostrato come selezionano determinate particelle e ne respingono altre.
Telecamera subacquea ad alta velocità (B. Gemmell, S. Colin, J. Costello, CC BY-ND) Ulteriori progressi combineranno i metodi sottomarini con i recenti sviluppi nell'imaging e nel sequenziamento genetico per far luce sul ruolo degli alimentatori di maglie mucose nel modellare la struttura della comunità microbica dell'oceano. L'imaging subacqueo consente osservazioni indisturbate di queste fragili creature. I ricercatori possono osservare come le singole particelle si comportano sulla mesh e se alla fine vengono catturate. Il sequenziamento genetico utilizzato nel contesto degli studi sull'alimentazione aiuta gli scienziati a identificare e distinguere i gruppi di microbi piccoli che sono spesso invisibili a occhio nudo.
Sapere quali particelle vengono consumate e quali no ci dice dell'impatto che i pascolatori delle mucose hanno sulle reti alimentari oceaniche.
Cambiare gli oceani, cambiare l'impatto
Il consumo schizzinoso dei pascolatori a maglie mucose può avere profonde implicazioni per i cicli biogeochimici, in particolare alla luce delle mutevoli condizioni oceaniche. Fattori ambientali come la temperatura dell'oceano, la disponibilità di nutrienti e il tipo e la quantità di prede presenti influenzano quando e dove compaiono i pascolatori delle mucose, per quanto tempo restano attaccati e il loro impatto sulle reti alimentari oceaniche.
Fioritura di pirosomi al largo della costa dell'Oregon nel febbraio 2018. L'immagine è stata scattata a circa 60 m di profondità dove c'era uno strato di pirosomi, probabilmente attivamente nutrendosi di piccole particelle. (K. Sutherland / H. Sorensen, CC BY-ND) Una specie più tropicale di pirosomi a pascolo mucoso ( Pyrosoma atlanticum ) fornisce un caso di studio. Tipici nelle acque più calde fino al nord della California meridionale, hanno confuso scienziati e pescatori quando sono apparsi al largo della costa dell'Oregon nel 2014.
Nessuno sa perché sono comparsi i pirosomi, ma le temperature degli oceani si sono riscaldate nello stesso periodo. Come altri pascolatori a maglie mucose, il filtro a pirosoma fine consente loro di pascolare sulle particelle più piccole che sono associate ad acque superficiali più calde e meno ricche di nutrienti - prede troppo piccole per essere catturate dalla maggior parte degli altri animali. Insieme ad altri ricercatori lungo la costa occidentale, il mio laboratorio sta lavorando attivamente per capire perché sono apparsi i pirosomi, come potrebbero influenzare l'ecosistema marino e se persisteranno.
Grazers nell'oceano sono intrinsecamente più difficili da studiare rispetto a quelli che a terra; continuiamo a imparare di più su chi sono attraverso ciò che mangiano.
Questo articolo è stato originariamente pubblicato su The Conversation.
Kelly Sutherland, assistente professore di biologia, Università dell'Oregon
