Животные гидротерм умеют убегать от экстремальных температур

Температура – важнейший фактор окружающей среды для всех живых организмов. Особенно для холоднокровных животных. Изменения внешней температуры легко могут погубить таких животных, к которым, в частности, относятся все беспозвоночные. Однако они прекрасно живут на «черных курильщиках», хотя там температура колеблется далеко за пределами зоны выживаемости. Как приспособились беспозвоночные, выясняли Аманда Бейтс (Amanda Bates) и ее коллеги в Морской лаборатории Портобелло (Portobello Marine Laboratory) из университета Отаго (Новая Зеландия).

Мир «черных курильщиков»

Гидротермальные источники в рифтовых зонах срединно-океанических хребтов, они же «черные курильщики», извергают в океан под давлением в 250 атмосфер воду, разогретую до 350°С и насыщенную самыми разными неорганическими соединениями. «Курильщики» создают среду обитания для очень необычных биологических сообществ – здесь живут черви, моллюски и членистоногие, которые получают энергию благодаря деятельности хемосинтезирующих бактерий, окисляющих сероводород и метан.

Характерная черта гидротермальных источников – очень изменчивый температурный режим. Перегретая вода выплескивается в холодный океан, и все это перемешивается течениями. Поэтому периодически окружающая животных среда резко прогревается.

До сих пор ученых интересовали лишь физиологические механизмы, которые позволяют жителям гидротерм переносить температуру воды до 50°С. Однако помимо физиологии у животных есть еще и поведение, которое тоже может их защитить.

Следовать туда, где прохладнее

Ученые исследовали температурный режим гидротермального источника подводного вулкана Аксиал (Axial Volcano) на глубине 1552 метров при помощи 30 датчиков. Снятые в разное время термические карты одной и той же зоны показали, что в каждой конкретной точке температура может принимать самые разные значения. Параллельные измерения показали, что менялась и плотность в колонии сульфидных червей (P. Sulfincola): они перемещались от мест, где становилось слишком жарко, в другие точки.

Для сравнения биологи измерили градиент температуры в приливно-отливной зоне (на литорали). Там температура оказалась практически одинаковой по всей зоне измерений и не влияла на пространственное распределение литоральных беспозвоночных.

Аквариум с подогревом

Для эксперимента в лаборатории биологи взяли 15 видов гидротермальных животных – червей, моллюсков и креветок, которых собрали с глубины около 2200 м в Средней долине (Middle Valley) подводного хребта Хуан-де Фука в Тихом океане. Группу сравнения представляли морские виды, живущие на литорали, на морском дне (в том числе арктические виды) и в пресных водоемах.

Опыт ученые проводили в специальном аквариуме удлиненной формы, в котором поддерживали температурный градиент тем, что один его конец нагревали, а другой охлаждали. Для разных организмов температуру установили разную: для арктической фауны – от -1,8°С до +15°С, для гидротермальной фауны – от +10°С до +50°С, а для прочей – от +2°С до +40°С. Температуру измеряли при помощи ряда термодатчиков. Эксперимент с жителями гидротерм проводили под давлением 20 МРа (20 мегапаскалей), чтобы имитировать естественные условия.

Через три часа после помещения в градиентный аквариум биологи изучили распределение животных по дну. Задача состояла в том, чтобы определить максимальную температуру, которую животные предпочли для своего обитания.

На следующем этапе определяли максимальную температуру выживания. Это было просто: в обычном аквариуме нагревали воду и, наблюдая в микроскоп, отмечали, когда у животных произойдет термическая кома.

Они выдерживают горячую воду, но любят холодную

Как и следовало ожидать, обитатели гидротерм оказались более термически устойчивы, чем прочие виды: они выдерживали бóльшую температуру. Но при этом они ее вовсе не предпочитали: в градиентном аквариуме беспозвоночные скапливались в местах с температурой не более 20°С.

Виды, не живущие в экстремальных термических условиях, погибали при нагревании намного быстрее, но в условиях выбора не стремились в прохладу. Их средняя предпочитаемая температура – около +25°С -- оказалась выше, чем у жителей гидротерм. Некоторые виды оставались в воде до +30°С и выше. Часть при этом погибала, но в холодную воду остальные не уходили.

Ученые делают вывод, что у животных гидротермальной фауны сформировался защитный механизм на уровне поведения – они активно избегают слишком высокой температуры. Наряду с физиологическим ответом (так, некоторые креветки синтезируют защитный белок, другие животные снижают метаболизм), они реагируют поведением. И таким образом выживают рядом с источником повышенной опасности.

О том, как выжить в экстремальных условиях, биологи написали в журнал Nature Communications.