Статьи и Литература
36 подписчиков
Теги сообщества
0 человек онлайн
О сообществе
#умер #этуш #актёр #вилли токарев #круз
Все теги сообщества

Рыбы-цихлиды из африканского озера Танганьика проливают свет на то, как возникает разнообразие организмов

Рыбы-цихлиды из африканского озера Танганьика проливают свет на то, как возникает разнообразие организмов Фото №1

Озеро Танганьика в Африке - настоящая горячая точка разнообразия организмов. Примерно 240 видов рыб цихлид развились в этом озере менее чем за 10 миллионов лет. Исследовательская группа из Базельского университета исследовала этот феномен взрывного видообразования и предоставляет новые сведения о происхождении биологического разнообразия, как они сообщают в журнале Nature.


Разнообразие жизни на Земле сформировалось двумя антагонистическими процессами: фазами массового вымирания и эпизодами, характеризующимися быстрой эволюцией множества новых видов. Такие всплески разнообразия организмов, также известные как адаптивная радиация, ответственны за значительную часть биологических видов на нашей планете.


Например, большинство существующих сегодня типов животных эволюционировали в ходе кембрийской радиации около 540 миллионов лет назад (также известной как кембрийский взрыв). Что вызвало эти массивные адаптивные излучения и как в деталях протекает процесс взрывного видообразования, до сих пор было в значительной степени неизвестно.


Различные стадии адаптивного излучения


В цихлид рыб Великих Африканских озер Виктория, Малави и Танганьика являются одними из наиболее впечатляющих примеров адаптивной радиации. Используя цихлид озера Танганьика в качестве модельной системы, группа ученых во главе с профессором Вальтером Зальцбургером из Базельского университета в настоящее время подробно исследовала явление адаптивной радиации. Во время обширных полевых экспедиций в Бурунди, Танзанию и Замбию они собрали образцы практически всех примерно 240 видов цихлид, обитающих в озере Танганьика.


На основе этого материала они составили исчерпывающий набор данных, включающий информацию по морфологии, экологии и генетике. Например, команда проанализировала форму тела и морфологию челюстей всех видов с помощью рентгеновских снимков и компьютерной томографии высокого разрешения. Особый интерес зоологов вызвала трехмерная структура глоточной челюсти. Этот второй набор челюстей расположен в глотке рыб-цихлид и используется для пережевывания пищи, что позволяет рыбе специализироваться в очень специфических пищевых нишах.


Поскольку адаптация к разным условиям окружающей среды является центральным компонентом адаптивной радиации, исследователи также количественно определили экологическую нишу, используемую каждым видом. В сотрудничестве с Ботаническим институтом Базельского университета они измерили стабильный изотопный состав углерода и азота в мышечной ткани рыб. Эти измерения позволяют определить, в какой среде обитали рыбы и какие кормовые ресурсы они использовали. Кроме того, команда секвенировала два полных генома для каждого вида цихлид из озера Танганьика. Основываясь на этой молекулярной информации, они смогли восстановить полную филогению цихлид в этом озере.


Основываясь на своем анализе, ученые смогли продемонстрировать, что эволюция рыб-цихлид в озере Танганьика не была постепенным процессом, а скорее происходила в трех дискретных импульсных стадиях быстрой морфологической эволюции.


"Каждый из этих этапов характеризовался специализацией на различных аспектах среды обитания, обеспечиваемой озером," - говорит ведущий автор доктор Фабриция Ронко. Первый импульс включал изменение формы тела, затем импульс морфологии рта и последний импульс формы глотки. В частности, глоточная челюсть сыграла ключевую роль в облучении, поскольку ее быстрая морфологическая эволюция совпала с большим количеством событий видообразования.


Понимание эволюции разнообразия организмов


Проведя анализ примерно 600 вновь секвенированных геномов, исследователи из Базеля показали, что наиболее богатые видами и экологически и морфологически разнообразные линии цихлид Танганьикана содержат виды, которые генетически более разнообразны. "Является ли повышенный уровень генетического разнообразия общей чертой очень разнообразных родословных или этот образец уникален для цихлид озера Танганьика, до сих пор неизвестно," - говорит Зальцбургер.


Изучая исключительно богатые видами адаптивные излучения, такие как африканские цихлиды, ученые могут больше узнать о том, как возникает биоразнообразие и какие факторы с ним связаны. Настоящие открытия зоологов Базельского университета предлагают новые пути решения этих вопросов.


Источник: University of Basel

развернуть

Связь в голове сома может вдохновить новых подводных роботов

Связь в голове сома может вдохновить новых подводных роботов Фото №1

Новое исследование того, как сом захватывает добычу, дает беспрецедентное представление о внутренней механике черепов рыб и может вдохновить на создание новых подводных роботов. Хотя ведущий исследователь Аарон М. Олсен из Университета Брауна в Провиденсе, штат Род-Айленд, начал исследование просто для того, чтобы лучше понять, как работают рыбы, он в конечном итоге обнаружил параллели между тем, как рыба ловит добычу и манипулирует ею, и тем, как люди или даже роботизированные системы захватывают объекты и манипулируют ими. 


"У рыб нет рук, как у нас, чтобы хватать добычу. А под водой их жертва может вращаться и свободно перемещаться в трех измерениях или даже уплывать. Даже когда рыба ловит добычу, ей все равно приходится ее перемещать и переориентировать. внутри их рта , как и у нас с языком. Но рыбам также не хватает гибкого языка. Это невероятно сложно," - говорит Олсен. "Самое близкое к тому, чтобы на собственном опыте узнать, каково есть рыбу, - это, вероятно, подпрыгивание яблок," - пошутил Олсен. 


Чтобы понять, как рыба преодолевает эту проблему, Олсен и соавторы, Патрисия Л. Эрнандес из Университета Джорджа Вашингтона и Элизабет Л. Брейнерд из Университета Брауна изучили канального сома, который чаще всего ловится в США. Олсен и его соавторы использовали рентгеновский метод захвата движения под названием "Реконструкция движущейся мофологии с помощью рентгеновских лучей", чтобы снимать канальных сомов, когда они ловили и глотали пищу. Эта технология дает исследователям нечто вроде рентгеновского зрения, позволяя им видеть рыбу изнутри, пока она ест. И есть на что посмотреть: в то время как человеческие черепа имеют только одну движущуюся челюстную кость, рыбы имеют более десятка подвижных костей, соединенных вместе, чтобы сформировать то, что инженеры называют связью или механизмом, серией жестких звеньев, соединенных гибкими суставами. 


Исследователи обнаружили, что череп канального сома и, вероятно, многих других видов рыб функционирует как 17-звенный механизм, ранее не идентифицированный в биомеханических или созданных человеком системах. "Раньше мы знали, что у рыб в черепе есть несколько четырех- и даже шести-стержневых связей," - говорит Олсен, "но мы не выяснили, как эти связи соединяются и функционируют вместе. Благодаря этому исследованию теперь у нас больше всего полное представление того, как череп рыбы функционирует механически." 



Кости черепа канального сома (вверху) и соответствующий 17-звенный механизм (внизу). Предоставлено: Аарон Олсен.


Механизмы с 17 звеньями, напоминающие сложное механическое устройство, позволяют рту двигаться несколькими различными способами, влияя на движение воды и пойманной добычи. Это включает в себя открытие передней части рта или губ, расширение средней части рта по горизонтали, расширение горла по вертикали и расширение или расширение жабр. Авторы обнаружили, что этот механизм создает по крайней мере три различных типа "волн" жидкости во рту: волна спереди назад, чтобы втягивать добычу, волна сзади на фронт, которая толкает добычу вперед, и то, что они называют волна сжатия, которая может действовать для более точного позиционирования добычи во рту.  


Что, возможно, удивительно для большинства людей, так это то, что рыбий рот - это не простой механизм открывания и закрывания. "Она может двигаться множеством разных способов," - заметил Олсен. "Но что еще удивительно, так это то, что, хотя у рыбы есть все эти движущиеся части, на самом деле они двигают ртом только семью различными способами, чтобы поймать и проглотить пищу. Рот рыбы на самом деле больше похож на нашу руку, чем на наш рот. Мы можем двигать каждой рукой примерно семью различными способами, чтобы дотянуться до объектов в окружающей среде и схватить их. Несмотря на то, что и рыбий рот, и человеческая рука выглядят совершенно по-разному, они следуют этому фундаментальному принципу: если вы хотите манипулировать объектом, вы должны иметь возможность двигаться множеством разных способов." 


Олсен считает, что их открытия могут вдохновить на усовершенствование конструкции роботов, которые захватывают и манипулируют объектами под водой, что является частью постоянно развивающейся области, называемой биоинспирированным дизайном. "Спроектировать робота, который может управлять плавающими объектами под водой, очень сложно. У подводных автономных транспортных средств может быть роботизированная рука, такая как наша собственная рука, которая хорошо работает для манипулирования более тяжелыми предметами, но не сможет схватить или может раздавить плавающий объект. И они могут иметь всасывающее устройство, которое может всасывать или выдувать плавающие предметы, но не может их перемещать и вращать с высокой точностью. Проектирование чего-то более близкого по структуре ко рту рыбы может иметь преимущество. У Fish были сотни миллионов лет, чтобы разработать всевозможные решения для этого типа проблем - я думаю, нам еще есть чему у них поучиться." 


Источник: Society for Integrative & Comparative Biology

развернуть

Рыбы, подвергшиеся воздействию эстрогена, производят меньше самцов

Рыбы, подвергшиеся воздействию эстрогена, производят меньше самцов Фото №1

По словам биолога из Университета Цинциннати, вода, загрязненная даже небольшой концентрацией человеческих гормонов, может оказывать сильное воздействие на рыбу.


Доцент Калифорнийского университета Латонья Джексон провела эксперименты с североамериканскими пресноводными рыбами, называемыми наименьшими киллфишами. Она обнаружила, что популяции киллифов, подвергшихся воздействию эстрогена в концентрации 5 нанограмм на литр в контролируемых лабораторных условиях, имели меньше самцов и производили меньше потомства. Ученые обнаружили, что концентрация эстрогена в ручьях, прилегающих к очистным сооружениям, в 16 раз выше .


Исследование предполагает, что даже эта небольшая доза эстрогена может иметь серьезные последствия для популяций диких рыб, живущих ниже по течению от очистных сооружений.


Исследование было опубликовано в журнале Aquatic Toxicology .


Теперь ученики Джексон помогают ей решать связанные с этим вопросы о качестве воды, используя в качестве модели наименьшее количество рыбы-убийцы.


Проект демонстрирует приверженность UC исследованиям, описанным в его стратегическом направлении под названием Next Lives Here.


Killifish как модельная система


Джексон изучал синтетический эстроген под названием 17?-этинилэстрадиол, активный ингредиент в оральных контрацептивах, также используемых в заместительной гормональной терапии . Он был обнаружен в ручьях, прилегающих к очистным сооружениям, в концентрациях до 60 нанограммов и более на литр.


Она познакомилась с исследованиями эстрогенов, работая специалистом по медицинским исследованиям и изучая рак. Джексон продолжила свою работу с гормонами в докторантуре, а теперь в качестве доцента в Колледже искусств и наук Калифорнийского университета.


«Все, что вы смываете в унитаз или кладете в раковину, попадет в воду», - сказала она.


Доцент Калифорнийского университета Латонья Джексон и магистрант Эдуардо Покасангре демонстрируют синий свет над аквариумом, имитирующий лунный свет. Предоставлено: Эндрю Хигли / UC Creative + Brand.


Это включает не только смывание медикаментов (никогда этого не делайте), но и неметаболизированные химические вещества, которые смываются, когда люди ходят в туалет.


«Наши системы очистки сточных вод хороши для удаления многих вещей, но они не предназначены для удаления фармацевтических препаратов», - сказал Джексон. «Поэтому, когда женщины , получающие противозачаточные средства или гормональную терапию, ходят в ванную, она сбрасывается в очистные сооружения».

 

Хроническое воздействие эстрогена на рыбу привело к уменьшению популяций и дисбалансу гендерного соотношения: самок больше, чем самцов.


Сотрудничество с EPA


Теперь Джексон хочет знать, как воздействие гормонов, таких как эстроген и андроген, у самок рыбы влияет на ее потомство. Она сотрудничает с Агентством по охране окружающей среды США, чтобы исследовать местные воды на юго-западе Огайо.


Джексон начал использовать наименьшее количество киллеров в качестве биологической модели во время учебы и преподавания в Университете Луизианы. Наименьшее количество рыб-рыбок обычны и их легко найти в местных водах.


Доцент Калифорнийского университета Латонья Джексон использует метод наименьшего количества киллеров в качестве модели для своих исследований. Эти крохотные рыбки размером с основной продукт. Предоставлено: Эндрю Хигли / UC Creative + Brand.


По словам Джексона, особенность наименее убитых особей заключается в том, что у них есть плацента и они рождают живых детенышей. Это редкость среди рыб, которые чаще откладывают икру.


Рыбки крошечные. Самки меньше дюйма в длину, а самцы вдвое меньше.


«Они считаются самой маленькой рыбой и одними из самых маленьких позвоночных в Северной Америке. Они очень маленькие», - сказала она.


По ее словам, это делает их удобными объектами исследования, поскольку им не нужно много недвижимости.


«Я легко могу разместить от 60 до 80 в 10-галлонном аквариуме», - сказала она.


По ее словам, изучить их даже более мелкие органы сложно, но поймать рыбу на удивление легко.


«Это мелководные рыбы. Вы буквально стоите у кромки воды, берете сачок и зачерпываете их», - сказала она.


Киллифиш может прожить в неволе более трех лет. В дикой природе их популяции становятся жертвами хищников.


«Они не агрессивные рыбы, поэтому их ест все», - сказала она.


По словам Джексона, они застрахованы от этих опасностей, рожая живыми молодыми и имея высокую плодовитость. Они могут воспроизводиться каждые 28 дней.


Студенты Джексона участвуют в исследовательском проекте.


«На следующий день после приезда в Калифорнийский университет я сразу же погрузилась в исследования, связанные с токсикологией», - сказала студентка Ариана Берриос. «Я прошел обучение работе с рыбами через CITI и совершил пару полевых поездок в ESF для экспериментального тестирования воды в ручье».


Сейчас она работает над своим собственным исследованием киллифов .


«За очень короткий период я чувствую, что многому научился», - сказал Берриос.


Джексон сказал, что воздействие на ручьи не ограничивается рыбой . Гормоны и другие химические вещества, которые не удаляются во время лечения, могут биоаккумулироваться в пищевой цепи или попадать в нашу питьевую воду.


«Наша питьевая вода не является возобновляемым ресурсом. Когда она заканчивается, она исчезает», - сказал Джексон. «Очень важно, чтобы мы содержали этот ресурс в чистоте».


Источник: University of Cincinnati

развернуть

Различные ракообразные уже пять раз эволюционировали в крабов независимо друг от друга

Различные ракообразные уже пять раз эволюционировали в крабов независимо друг от друга Фото №1

Биологи уже много лет наблюдают за странным процессом, который окрестили «крабификацией». Это процесс эволюции самых разных групп ракообразных в крабов – причем он происходил уже пять раз в совершенно разных контекстах.


В чем заключается суть крабификации? Животные, обитающие в сходных условиях, сталкиваются с различными трудностями, которые подталкивают их к приобретению схожих эволюционных преимуществ. Таким образом, разные животные могут эволюционировать независимо друг от друга, но двигаться в своем развитии в сторону конкретной наиболее оптимальной формы. Или, например, спонтанно приобретать похожие характеристики, будучи в совершенно разных группах. Птицы и летучие мыши умеют летать, используя для этого механические крылья, но принадлежат к совершенно разным видам. Птицы и млекопитающие являются теплокровными, но и те и другие произошли от других групп существ, которые были холоднокровными.


Разные крабы, в свою очередь, приобрели одну и ту же специфическую форму независимо друг от друга, что весьма необычно. Их сравнивают с галапагосскими птицами, которых изучал Чарльз Дарвин. Но крабы развили специфические характеристики спонтанно, а не под давлением изоляции и специализации, как это было с галапагосскими вьюрками. Причем все пять случаев крабификации ракообразных объединяет не только приобретенная животными форма тела, но и строение нервной и кровеносной систем и многие другие параметры.


Статья, посвященная столетию наблюдений за процессом крабификации, была опубликована в журнале Biological Journal of the Linnean Society Оксфордского университета.

развернуть

Как генетическое прошлое и настоящее кальмаров Гумбольдта могут обеспечить его будущее

Как генетическое прошлое и настоящее кальмаров Гумбольдта могут обеспечить его будущее Фото №1

Группа морских биологов настаивает на расширении международного сотрудничества для управления популяцией кальмаров Гумбольдта после того, как их исследование по выявлению ее генетических запасов показало ее уязвимость к перелову флотом, пытающимся утолить голод в мире кальмаров.


Морской биолог из Хиросимского университета Густаво Санчес возглавил группу исследователей, чтобы выяснить генетическую структуру популяции кальмаров Гумбольдта в восточной части Тихого океана, используя два типа ДНК-маркеров - митохондриальный ген ND2 и ядерные микросателлитные локусы.


Команда обнаружила, что кальмары Гумбольдта могут проследить свою популяцию до трех исторических матрилиней, которые распространились в течение позднего плейстоцена, и что у этого вида есть по крайней мере два современных генетических фонда, однородно распределенных в северном и южном полушариях.


Различные генетические запасы внутри вида обычно определяются тем, где они кормятся и размножаются. Но у кальмаров Гумбольдта ДНК-маркеры не показали разделения север-юг. Экватор не служит естественным барьером для разделения различных генетических групп этих быстро плавающих пловцов, рискующих попасться в ловушку разными рыболовными флотами на пути их миграции.


"В нашем исследовании мы идентифицируем по крайней мере два генетических фонда, совместно распространенных в северном и южном полушарии восточной части Тихого океана. Наши результаты показывают, что вместо независимой морской политики каждой страны, устойчивость этого кальмара требует международной морской политики," - Сказал Санчес.


Для обеспечения устойчивого рыболовства страны Южной Америки, где традиционно водятся кальмары, установили годовые квоты на вылов. Но исследование показало, что этот подход неэффективен, тем более что ограничения на вылов отсутствуют в международных водах на пути миграции кальмаров.


"Страны, вылавливающие этого кальмара, установили квоты на вылов без учета того, что общее количество кальмаров меняется из года в год и что количество выловленных кальмаров влияет на количество кальмаров в следующем году. Таким образом, генетический вклад потомства каждый год будет также явно колеблются. В такой ситуации существует риск генетической эрозии с меньшим количеством кальмаров, которые также с меньшей вероятностью будут быстро адаптироваться к изменяющейся среде", - отметил он.


"Из нашего исследования также ясно, что кальмары, пойманные в разных странах, также принадлежат по крайней мере к двум разным популяциям, с вероятным разным генетическим вкладом для следующего поколения. Вылов этих кальмаров, не зная, что их генетический вклад различен, также очень рискован."


Мрачное предупреждение


И теплые тропические воды, и более прохладное течение Гумбольдта, которое течет от Огненной Земли на самой южной оконечности материковой части Южной Америки вверх до северного побережья Перу, играют роль в жизненном цикле кальмаров Гумбольдта.


Кальмар ищет теплые воды у экватора, чтобы нерестить скопления нейтрально плавучих яиц. Но ему нужны богатые питательными веществами прохладные воды, в которых они неистово питаются, чтобы превратиться из одномиллиметровых пятнышек параларвы в огромных хищников длиной более 1,2 метра.


Эти кальмары обычно нерестятся только один раз в течение своей годичной жизни, а затем умирают, что делает их будущее нестабильным, если рыболовство не будет остановлено. И такие опасения небезосновательны. 


Его восточного родственника, японского летающего кальмара, постигла та же участь. Годы чрезмерного вылова рыбы, слабый нормативный надзор и меняющийся климат истощили их население тревожными темпами: годовой улов японских рыбаков упал более чем на 70% с более чем 200 000 тонн в 2011 году до 53 000 тонн в 2017 году. Дефицит беспокоит рыбацкий городок Хакодатэ, чья личность и экономика переплетаются с кальмарами.


"Популяция японских летающих кальмаров уменьшилась, и это связано с тем, что по мере распространения этого кальмара у вас есть много флотов из Японии, Китая, Кореи и Тайваня, некоторые из которых обладают высокой способностью ловить этого кальмара. Страны, такие как Китай, имеют "Огромные рыболовные флотилии дальних водоемов могут перемещаться куда угодно за пределами своей национальной юрисдикции, чтобы поймать этого кальмара. Если у вас есть технология, вы можете отправиться в международные воды и поймать что угодно," - сказал Санчес.


Он сказал, что опыт Хакодате может стать мрачным предупреждением о грядущих событиях для его страны Перу.


"Кальмар Гумбольдта - второй по важности экономический вид в Перу. Это означает, что уменьшение количества кальмаров отразится также на экономике страны, особенно на экономике рыбаков, зависящих от этих кальмаров", - сказал он.


Исторические подсказки


Более 90 процентов потепления на Земле за последние 50 лет произошло в океане, и скорость, с которой он нагревается, увеличивается. Потепление океанов из-за изменения климата подтолкнуло морских существ к полюсам. 


Сама популяция кальмаров Гумбольдта расширила свой миграционный путь. Недавно он протянул свой путь дальше на север до Аляски и на юг до оконечности Чили, где этих головоногих, которые охотятся стаями до 1200 человек, можно увидеть рыбацким лодкам на каждой территории на своем пути, а также технологически продвинутым судам, ожидающим в международных водах.


Команда Санчеса обнаружила аналогичную закономерность исторического роста популяции в экстремальных климатических условиях, когда они изучили митохондриальную ДНК кальмаров. Они обнаружили, что повышение глобальной температуры 30 000 лет назад, которое привело к таянию ледников ледникового периода, способствовало повышению уровня моря, благоприятному для распространения популяции кальмаров Гумбольдта. Событие, совпавшее с сокращением популяции кашалотов, их естественных хищников, привело к увеличению популяции кальмаров.


Несмотря на то, что более теплые температуры быстро адаптируются, это означает меньше пищи, меньший размер зрелости и меньшее количество яиц для пополнения его популяции. 


Обеспечение будущего кальмаров Гумбольдта


Многое об этом большом виде кальмаров, включая его охранный статус, до сих пор неизвестно. Но, учитывая его экономическое значение для рыболовных сообществ и важную роль в морской экосистеме в качестве пищи для различных видов, новые знания о его генетическом запасе могут помочь в будущей морской политике по управлению его популяцией.


"Кальмар Гумбольдта является крупнейшим промыслом кальмаров в мире, и в восточной части Тихого океана его активно вылавливают несколько стран, включая такие страны Азии, как Япония, Корея, Китай и Тайвань. Этот кальмар является одним из самых коммерческих кальмаров в мир, и он поддерживает экономику многих стран".


"Выявление генетических запасов, также известных как генетически различные группы, в популяционной генетике очень важно для реализации морской политики, которая контролирует общий улов этого кальмара. Высокая миграционная способность этого кальмара является основной проблемой для определения точного количества генетических запасов и требуется больше генетических ресурсов и выборки, чтобы четко определить это число".


Источник: Hiroshima University

развернуть
Надоела реклама?
Поддержите DIRTY — активируйте Ваш золотой аккаунт!