Лазеры проливают свет на внутреннюю работу гигантских аппендикулярий

Новая лазерная технология позволила ученым из MBARI (Исследовательского института аквариума Монтерей-Бей) заглянуть внутрь структуры гигантских аппендикулярий — головастикообразных морских животных, играющих важную роль в океанических экосистемах. В недавней статье в Science Advances исследователи описали новый метод измерения потока морской воды через аппендикулярий и других желеобразных животных. Результаты помогут понять, сколько углекислого газа океаны поглощают из атмосферы.

Аппендикулярии играют значительную роль в переносе углерода из верхних слоев океана на глубину. Они строят похожие на воздушные шары слизистые структуры — «домики», которые концентрируют пищу, отфильтровывая мельчайшие частицы из окружающей воды. Эти частицы содержат органический углерод, часть которого изначально была атмосферным CO₂. Со временем фильтры засоряются, и аппендикулярия покидает свой домик. Отброшенные домики разрушаются и быстро опускаются на морское дно, унося углерод в глубины, где он потребляется животными или захоранивается в осадках на миллионы лет.

Поскольку гигантские аппендикулярии имеют длину в сантиметры, но строят домики метрового размера, их сложно изучать. Цельные домики почти невозможно собрать сетью или банкой или содержать в лабораторном аквариуме. Вместо этого постдок MBARI Какани Катия исследовала способы изучения аппендикулярий в открытом океане с помощью метода частичной визуализации скорости потока (PIV). В 2015 году она адаптировала систему PIV для глубин, создав «DeepPIV», состоящую из лазера, излучающего тонкий лист света, и видеокамеры, закрепленных на мини-ROV института.

Во время первого погружения на 1200 метров в заливе Монтерей, когда лазер осветил аппендикулярию, ученые впервые увидели внутренние камеры и проходы в её домике. «Мы все были потрясены тем, насколько хорошо это сработало», — сказала Катия. Брюс Робисон, старший научный сотрудник, отметил: «DeepPIV позволил нам заглянуть внутрь сложной структуры, которую мы раньше видели только снаружи».

Катия проанализировала видеозаписи потока частиц внутри домиков 24 аппендикулярий. Расчеты показали, что каждая гигантская аппендикулярия в заливе Монтерей может фильтровать до 76 литров воды в час. Это в четыре раза выше предыдущих оценок и в пять раз выше скорости фильтрации другими желеобразными фильтраторами открытого океана, например, сальпами. В весенние месяцы, когда их численность максимальна, аппендикулярии могут отфильтровать весь объем воды между 100 и 300 метрами глубины в заливе всего за 13 дней.

Исследование демонстрирует, что аппендикулярии играют ещё большую роль в удалении углерода из поверхностного океана, чем считалось ранее. Технология DeepPIV также может быть использована для измерения скорости фильтрации другими глубоководными животными, что критически важно для улучшения климатических моделей.