powiązana zawartość
- Opadające szczęki wideo pokazuje płetwal błękitny spływający na kryla
- Najwcześniejsze wieloryby Baleen dosłownie ssane
Gdyby obejrzał się przez ramię tuż przed połknięciem „wielkiej ryby”, biblijny Jonasz miałby godny pozazdroszczenia widok. Godna pozazdroszczenia, to znaczy, jeśli jesteś Alex Werth, biolog śródlądowy, który bada anatomię karmienia wielorybów. „Ach, aby być Jonaszem i obserwować, jak Baleen walczy z miejsca na języku wieloryba” - mówi.
Baleen to aparat, na którym bezzębne wieloryby polegają na filtrowaniu żywności z morza. Setki tych elastycznych płytek, wykonanych z strukturalnej keratyny białkowej, wyrastają w dół z górnej szczęki wieloryba, ułożonych jak listwy żaluzji weneckich. Umieszczanie płytek w jamie ustnej wymaga dużej górnej szczęki, co daje wielorybom rodzaj odwróconego uśmiechu.
Struktura żywienia ewoluowała stopniowo około 30 milionów lat temu, kiedy oceany były pełne zębatych walczących o ograniczone pożywienie. Po opracowaniu narzędzia i zamiłowania do innych rodzajów zdobyczy, wieloryby baleen - znane łącznie jako mysticetes - ostatecznie podzieliły się i podzieliły na 12 lub więcej gatunków, w tym płetwal błękitny, największe zwierzę, jakie kiedykolwiek żyło, wraz z humbakami, szarościami i właściwe wieloryby. I przynajmniej do czasu, gdy amerykańscy komercyjni wielorybnicy nie rozpoczęli intensywnych pościgów jakieś 200 lat temu, te względnie pasywne karmniki połykające małe zwierzęta morskie przez tonę były w porządku.
„Baleen wszystko zmienił”, mówi Werth. „A jednak nasze rozumienie aspektów tej anatomii jest wciąż cienkie”. Wielu naukowców zgadza się, że karmienie filtrami znalazło oparcie w oligocenie (33, 9 do 23 milionów lat temu), gdy zmiany prądów Oceanu Południowego spowodowały ogromne zakwity planktonu - gotowy nowy pokarm źródło. (Co ciekawe, zwierzęta nie były początkowo gigantami. Nowy raport opublikowany w maju 2017 r. Sugeruje, że ich gigantyczność nastąpiła później, być może trzy miliony lat temu, ponieważ ofiara stała się ściślej upakowana, ale bardziej nierównomierna - w wyniku intensywnych pożerania składników odżywczych. styl jedzenia sprzyjał wielorybom, które mogły zarówno żerować, jak i były nieporęczne, aby podróżować daleko między łatami - wieloryby baleeńskie wyrosły na to wyzwanie).
Szacowany czas przybycia wielorybów jest miejscem, w którym kończy się wspólna płaszczyzna naukowców. Niewielu zgadza się, mówi Werth, co do etapów ewolucji systemu filtracyjnego u wielorybów, sposobu karmienia form pośrednich (prawdopodobnie przez odsysanie, zgodnie z najnowszym odkryciem kopalnym), „a nawet tego, jak [baleen] działa z siłami i przepływami morze."
Ale podczas gdy część głębokiej przeszłości wielorybów nadal jest zakłopotana, dziś naukowcy odkryli nieoczekiwane źródło jasności, szczegółową mapę skarbów ukrytą w baleenie. Informacje związane z keratyną, zawarte w białku lub obok niego, zawierają chemiczne znaczniki czasu oraz dane dotyczące zdrowia wielorybów, ruchów i reprodukcji. „To tak, jakby te zwierzęta prowadziły dziennik i nagle możemy zobaczyć, co piszą”, mówi endokrynolog Kathleen Hunt z Uniwersytetu Północnej Arizony. A narracja rozwijająca się z baleenu może pomóc w ochronie wielorybów na zupełnie nowe sposoby.
W jaki sposób wieloryby skoczyły z używania zębów do belowania? Naukowcy z muzeów Victoria i Monash University w Australii, z pomocą Alfreda, 25-letniego wieloryba kopalnego, dostarczają najnowszych informacji.
Laboratorium Wertha w Hampden-Sydney College w Wirginii, gdzie studiuje hydromechanikę baleenu, pachnie nieco wielorybem. Baleen jest wszędzie: długie, wysuszone listwy leżą na półkach; kołczan wysokich, wąskich talerzy owiniętych w plastik, z gumowatymi końcami nasączonymi środkiem konserwującym, pochyla się w kącie. A potem jest 160 kilogramów świeżego baleenu w ciasno zamkniętych beczkach w hali, właśnie przybyłych od współpracowników na Alasce.
Stare baleen rozpada się jak paznokcie, co ujawnia jego strukturę: każda zakrzywiona płyta to dwie płaskie warstwy keratyny z rzędami kanalików, jak miniaturowe cewki z ciasno zwiniętym mięsem lunchowym, umieszczone pomiędzy nimi. Masywny język wieloryba i jego zdobycz zmywają i ścierają materiał, uwalniając rodzaj krawędzi na brzegach - co Arystoteles porównywał do „szczeciny wieprzowej”. Grubość tych włókien, podobnie jak rozmiar, kształt i liczba baleen talerze, zależy od gatunku, i to te owłosione rzeczy oddzielają jedzenie od każdego kęsa wody morskiej.
Karmienie przez filtr mogło dać tajemnicom drogę miliony lat temu, ale oceany przechodzą dziś gwałtowne zmiany, szczególnie w regionach, które kiedyś były pod lodem morskim. Werth mówi, że „może to mieć straszny wpływ na nawet najbardziej przystosowujące się zwierzęta morskie”.
Rozważ wieloryba. Elegancki czarny ssak z białą łatą duszy, pochodzący z najzimniejszych wód Ziemi, znajduje się w centrum zmian środowiskowych. Całe życie spędza w Arktyce, poruszając się sezonowo z krawędzią lodu stada podczas formowania i wycofywania się. Żywiąc się prawie dwie tony świeżego zooplanktonu dziennie, główki rosną duże, niektóre do 18 metrów, i żyją długo, nawet ponad 100 lat - być może najdłuższym ze współczesnych ssaków.
Dla badacza z Baleen gatunek ten jest czystym złotem. Ma więcej i dłuższe talerze do belowania (do 350 na stronę przy czterech metrach za sztukę) niż jakikolwiek inny wieloryb, w tym olbrzymi błękit. Wielu rdzennych Alaskanów, którzy legalnie polują na łuczniki, będzie dzielić baleen z badaczami, a więc beczki Wertha w hali. Sieci wielorybnicze stanowią kolejne źródło. Starsze próbki, wracając do wypraw wielorybniczych z połowy XIX wieku, zbierają kurz w muzealnych szafach i prywatnych kolekcjach, które są gotowe do badań.
Kathleen Hunt, podobnie jak Werth, korzysta z tego zasobu. Ostatecznie chce wiedzieć, jak groty radzą sobie z rosnącym wpływem człowieka na ich środowisko. Topniejący lód otwiera Arktykę na większy ruch statków, eksplorację sejsmiczną, wydobycie ropy i gazu oraz rybołówstwo. W przypadku ssaków morskich oznacza to więcej uderzeń statków, więcej uwikłań w sieci rybackie i większy hałas. „Czy są zestresowani? Czy działalność człowieka wpływa na ich rozmnażanie? ”- pyta. Nikt nie wie.
Badacz przyszedł w desperacji jako źródło danych. Wiedziała, że hormony mogą odpowiedzieć na wiele jej pytań, ale wieloryby są niezwykle trudne do zbadania, a tym bardziej próbki. „Nigdy tak naprawdę nie możesz złapać swojego zwierzęcia” - mówi Hunt. „Nie ma uspokojenia wieloryba ani dostarczenia go z powrotem do laboratorium”.
Błękitne wieloryby, największe zwierzęta na Ziemi, używają swoich baleenów do karmienia jednych z najmniejszych zwierząt oceanicznych. To nagranie z drona z karmieniem w akcji zostało uchwycone przez Oregon State University. Wideo GEMM Lab, Oregon State University
Można, jeśli jest bardzo zmotywowany i jeszcze bardziej cierpliwy, zbierać próbki kału, skóry i tłuszczu, a nawet pary z dróg oddechowych wieloryba wieloryba. Ale te oferują tylko migawki z jednego punktu w czasie. Hunt chciał szerszego zasięgu. Wtyczki woskowiny usztywniają dane przyrostowe, ale nie są zbyt precyzyjne, a zatyczki są trudne do wydobycia z czaszki w stanie nienaruszonym, więc zapasy są ograniczone.
Po tym, jak Hunt „[wymachiwał] kupą i ciosem” przez około 13 lat, kolega zasugerował Baleen. W końcu włosy, kopyta, rogi, paznokcie i inne struktury kręgowców, które są również wykonane z keratyny, przechowują wszelkiego rodzaju informacje, w tym dane hormonalne z wielu gruczołów wysyłających hormony przez ciało.
Okazuje się, że Baleen zawiera te same informacje i można je wydobyć z wywierconych, sproszkowanych próbek. Ponieważ płytki rosną przez całe życie zwierzęcia, nieustannie wychwytują sygnały hormonalne - z nadnerczy, gonad i tarczycy. „Możemy uzyskać dane nie tylko z nowej części [baleen], ale z kawałka, który grzechotał pod powierzchnią morza przez kilkanaście lub więcej lat”, mówi Hunt. Talerz ulega erozji na jednym końcu, gdy rośnie na drugim, więc przedstawia kawałek życia - czasem wart 15 lat.
Hunt zbierał wiele informacji na temat rozmnażania wielorybów, badając baleen od dwóch samic wielorybów Północnego Atlantyku, Stumpy i Staccato, które naukowcy obserwowali u Nowej Anglii od lat siedemdziesiątych. Spora część historii życia wielorybów, w tym sukcesy w wycielaniu, zostały dobrze udokumentowane, pozwalając Huntowi stworzyć harmonogram dla każdego z nich - aż do śmierci (obaj zginęli z powodu strajków na statku, w tym czasie jednej z nich w ciąży). Ponieważ naukowcy obliczyli przybliżoną stopę wzrostu dla baleenu - tyle czasu na centymetr - Hunt mógł zestawić dane hormonalne uzyskane z baleenu z doświadczeniami wieloryba w tym okresie jego życia, sugerując ważne korelacje.
„Rzeczy takie jak cykle rui i wiek dojrzałości płciowej, wskaźniki ciąż, są naprawdę czarną skrzynką dla badaczy”, mówi Hunt, ale teraz z Baleenem może istnieć możliwość ich rozszyfrowania. Odkryła wyraźne wzorce w progesteronie (jest „krzycząco wysoko” w czasie ciąży), które współdziałają z wzlotami i upadkami hormonu stresu kortyzolu. Dodatkowo, mówi, hormony tarczycy mogą ujawnić, że zwierzę głoduje (wieloryby mogą „zmniejszyć” tempo metabolizmu w celu oszczędzania energii), podczas gdy skok w aldosteronie, używanym do oszczędzania wody, u innych zwierząt jest oznaką stresu może to sygnalizować to samo u wielorybów.
Hunt uważa, że posiadanie takich informacji, które można nałożyć na dane środowiskowe, takie jak temperatura morza, otworzy portal z bardziej złożonymi tajemnicami. „Dlaczego samice nie rozmnażają się w tym obszarze, ale w tym są?”, Pyta jako przykład. „Czy to problem żywieniowy? Czy kobiety tracą cielęta, czy po prostu nie zachodzą w ciążę? Właściwa kombinacja punktów danych może dostarczyć odpowiedzi.
Ponadto znalezienie korelacji między zmianami hormonów stresu a sukcesem rozrodczym, na przykład „może być naprawdę przydatne w tworzeniu polityki”, mówi. A na szerszym obrazie widać skutki zmian klimatu. „To oczywiście palące pytanie” - mówi Hunt. Jak dotąd naukowcy nie mają pojęcia, jakie będą te skutki dla wielorybów. Być może, gdy ofiara wieloryba przesuwa się w odpowiedzi na rosnące temperatury oceanów, biolodzy zobaczą stresy żywieniowe u wielorybów związane ze zmianą lub zmniejszeniem ilości pożywienia. Hunt zakłada, że taki efekt można wyeliminować z tarczycy i innych danych.
Wydaje się, że to, co rozpoczął Hunt, może w najbliższej przyszłości rozbić powieki na wiele czarnych skrzynek.
Tymczasem hormony nie są jedynym skarbem chemicznym uwięzionym w baleenie. Podobnie jak Hunt, Alyson Fleming z Smithsonian Institution pobiera skądinąd niewidoczne dane z pasz wielorybów.
Biolog oceanograf poradził sobie z setkami próbek baleenu w swoich badaniach stabilnych izotopów - pierwiastków, w tym węgla i azotu, z przewidywalnymi „podpisami” związanymi z ich masą. Na przykład jedna forma węgla ma więcej neutronów niż druga, a zatem jest cięższa i reaguje inaczej w procesach chemicznych i fizycznych. Przydatne dla Fleminga jest to, że elementy te mogą działać jako wskaźniki różnych aspektów środowiska, w tym dla migrującego wieloryba, jego położenia geograficznego i poziomu troficznego (pozycji w sieci pokarmowej) tego, co zjadał wieloryb.
Weź łuczników. Wieloryby te migrują sezonowo między morzami Beauforta i Beringa, a oceany i żyjące w nich zwierzęta różnią się od siebie izotopowo. Dzieje się tak częściowo dlatego, że Beaufort dostaje świeżą wodę z systemów rzecznych, a słodka woda ma szczególny charakter izotopowy, który pojawia się w euphausiidach, takich jak kryl i widłonogi, które obsługuje.
Karmione przez te gatunki ofiar, wieloryby wykorzystują tlen, węgiel i azot do budowy kości i baleenu. I, co jest pomocne, proporcje tych pierwiastków odzwierciedlają ocean, w którym żyją wieloryby w czasie wzrostu. Pobieranie próbek wzdłuż baleenowej płytki za pomocą spektrometrii mas ujawnia z czasem markery izotopowe, w tym przejście z jednego oceanu do drugiego. Ponieważ naukowcy znają ogólny czas migracji między tymi oceanami i mogą wykorzystać to, wraz z danymi izotopowymi, do pomiaru tempa wzrostu baleenu, płytki oferują rodzaj oznakowanej czasowo mapy podróży wieloryba, w tym miejsca, w którym żyje droga.
W szczególności Fleming wyjaśnia, że stosunki izotopów węgla można skorelować zarówno z ilością, jak i tempem wzrostu fitoplanktonu - dryfującym życiem fotosyntetycznym u podstawy morskiego łańcucha pokarmowego. „Jest to więc jeden szorstki sposób oceny, jak duża jest produktywność” - co ostatecznie przekłada się na energię dostępną dla filtrujących wielorybów.
Mówi, że niektóre prace Fleminga mogą po prostu sugerować, które gatunki są najbardziej zagrożone przez zmianę środowiska. „Wcześniej przeprowadziliśmy projekt humbak, wykorzystując próbki skóry, patrząc na 20 lat żerowania w Kalifornii. Dowiedzieliśmy się, że zwierzęta te były bardzo elastyczne - zamieniały zdobycz w zależności od tego, co było obfite. ”Garbaty mogą być zaradne, mówi, „ ale co z gruszkami? Baleen może pomóc odpowiedzieć na to pytanie, „dając menedżerom narzędzie do decydowania, gdzie skoncentrować swoje wysiłki.
W końcu Fleming, Hunt i inni badacze z Baleen mogą wydłużyć swoje ramy czasowe w obu kierunkach. Z jednej strony znajdują się świeże próbki wielorybów porzuconych i upolowanych zgodnie z prawem, oferując nowoczesne podejście do życia wielorybów. Drugi koniec leży w dawnej baleenie: materiał był używany już w 1500 roku w biżuterii, pudełkach, grzebieniach, rogach obuwia i innych produktach. „Próbujemy użyć najmniej cennych próbek przed wkopaniem się w rzadkie rzeczy, a jeszcze nie wiemy, czy hormony i inne chemikalia wytrzymają tak długo”, mówi Hunt. „Mam jednak nadzieję, że połączę to wszystko i będę obserwować trendy w baleen przez bardzo długi okres czasu”.
Badania na Baleen są w początkowej fazie. Inni badacze informowali o pokryciu dietetycznym między gatunkami (warto wiedzieć, czy zwierzęta konkurują o tę samą zdobycz, zwłaszcza jeśli ofiara ta spada) i narażeniem na rtęć, a zasoby informacji stale się powiększają. Oczywiste jest, że współpraca z innymi podmiotami gromadzącymi dane - nakładające dane osobiste, fizyczne i środowiskowe z życia wieloryba - ma ogromny potencjał w zakresie ochrony. Naukowcy twierdzą, że w tej osobliwej anatomii jest bardzo duży obraz, w tym złożone powiązania między produktywnością ekosystemu, stresem, reprodukcją, a nawet śladem człowieka w tych odległych siedliskach.
Naukowcy mają nadzieję, że budowanie terminów i znajdowanie linków może ostatecznie poinformować zarządzających dziką przyrodą i decydentów. To ciężka bitwa, ponieważ wiele gatunków wielorybów nigdy nie udało się odzyskać po historycznej rzezi wielorybów komercyjnych - na przykład niebieskie wieloryby antarktyczne utrzymują zaledwie jeden procent poziomów przed eksploatacją. Ale gatunki nie są w tej samej łodzi. Według Międzynarodowej Unii Ochrony Przyrody, chociaż prawosławne wieloryby Północnego Atlantyku i Północnego Pacyfiku są zagrożone, niektóre populacje dziobów, prawych wielorybów południowych i wielorybów szarych są uważane za „najmniej niepokojące”.
W każdym razie na razie. Dzisiejsi wrogowie do wielorybów rozmnażają się szybciej, niż można zebrać dane o ich życiu. Strajki i uwikłania w sprzęt wędkarski są częstym wrogiem numer jeden. Ekolodzy martwią się także hałasem, temperaturami ocieplenia i jego licznymi konsekwencjami, narażeniem na zanieczyszczone wody i zakwaszenie oceanów. Zagrożenia te, szczególnie połączone, są niezwykle trudne do oszacowania.
Jednak w miarę, jak badacze zagłębiają się w zasoby molekularne Baleen, bez wątpienia znajdą nowe sposoby wykorzystania danych z przeszłości i teraźniejszości do planowania na przyszłość. Osobliwy uśmiech wieloryba baleen okazuje się pełen niespodzianek.
Powiązane artykuły z magazynu Hakai:
- Życie na wraku HMCS Annapolis
- Sub Marine: The Things We Sink
- Stefan Drzewiecki, Car Submarine
