Największe siedlisko oceaniczne na Ziemi wciąż skrywa tajemnice. Odkryto 31 nowych gatunków

W ciągu zaledwie dwóch tygodni eksploracji międzynarodowy zespół naukowców odkrył 31 potencjalnie nowych gatunków zamieszkujących toń wodną południowego Atlantyku. Dzięki połączeniu obrazowania laserowego, mikroskopii 3D i analiz genetycznych organizmy, których opisanie mogłoby wcześniej zajmować lata, udało się rozpoznać jeszcze podczas trwania ekspedycji.

Między nasłonecznioną powierzchnią oceanu a jego dnem rozciąga się ogromna przestrzeń, która przez długi czas pozostawała poza zasięgiem dokładnych badań. Toń wodna jest największym siedliskiem na Ziemi, a jednocześnie jednym z najmniej poznanych. Nie ma tu raf, skał ani dna, na którym można się ukryć. Jest niemal nieograniczona przestrzeń, ciemność i życie, które wykształciło niezwykłe sposoby przetrwania.

Podczas ekspedycji prowadzonej na wodach międzynarodowych u wybrzeży Brazylii naukowcy na pokładzie statku badawczego R/V Falkor wykorzystali najnowocześniejsze systemy obrazowania oraz analizy genetyczne. W ciągu dwóch tygodni potwierdzili obecność 31 organizmów uznanych za potencjalnie nowe dla nauki.

Wśród nich znalazły się meduzy, żebropławy, rurkopławy, larwace, skorupiaki, wieloszczety oraz ogromne jednokomórkowe protisty. Każdy z tych organizmów opowiada inną historię o życiu w środowisku, które wciąż znamy jedynie fragmentarycznie.

Świat niemal niewidoczny

Wiele zwierząt żyjących w toni oceanicznej ma przezroczyste, miękkie i niezwykle delikatne ciała. Tradycyjne sieci badawcze często uszkadzają je jeszcze przed wydobyciem na powierzchnię. Niektóre tracą naturalny kształt, inne rozpadają się niemal całkowicie. Naukowcy mogą wtedy zobaczyć jedynie fragment organizmu, który w oceanie wyglądał zupełnie inaczej.

Podczas ekspedycji wykorzystano więc technologie pozwalające obserwować zwierzęta bez konieczności ich chwytania. Systemy DeepPIV oraz EyeRIS, opracowane przez Bioinspiration Lab w MBARI, zostały zamontowane na zdalnie sterowanym pojeździe podwodnym ROV SuBastian. Wiązki laserowe skanowały organizmy bezpośrednio w toni wodnej, tworząc trójwymiarowe modele ich ciał.

Dzięki temu naukowcy mogli analizować kształt, sposób poruszania się oraz wewnętrzną budowę delikatnych zwierząt w miejscu, w którym żyją.

Samica pelagicznej ośmiornicy Haliphron atlanticus sfotografowana podczas pożerania meduzy na głębokości około 800 metrów. Zdjęcie wykonano podczas ekspedycji Schmidt Ocean Institute z wykorzystaniem ROV SuBastian w południowym Atlantyku. Źródło: MBARI / Schmidt Ocean Institute

Kolonijny syfonofor obrazowany technologią DeepPIV podczas ekspedycji Schmidt Ocean Institute. Badacze przypuszczają, że może to być nowy gatunek. Źródło: MBARI / Schmidt Ocean Institute

Pelagiczny wieloszczet z rodzaju Tomopteris obrazowany systemem DeepPIV zamontowanym na ROV SuBastian. Naukowcy podejrzewają, że może to być gatunek nieopisany wcześniej przez naukę. Źródło: MBARI / Schmidt Ocean Institute

Konfokalny obraz oka głębinowego skorupiaka z grupy Hyperiidea. Naukowcy po raz pierwszy podczas badań prowadzonych na morzu zobrazowali w trzech wymiarach pojedyncze struktury komórkowe tworzące złożone oko tego niewielkiego mieszkańca oceanicznych głębin. Źródło: MBARI / Schmidt Ocean Institute

Przezroczysta meduza sfotografowana podczas badań toni oceanicznej w południowym Atlantyku. W czasie ekspedycji naukowcy zidentyfikowali dziewięć potencjalnie nowych gatunków meduz, wykorzystując zaawansowane techniki obrazowania i analizy genetyczne. Źródło: Emily Clark / MBARI / Schmidt Ocean Institute

Młoda kałamarnica szklista sfotografowana na pokładzie statku badawczego R/V Falkor (too) po wydobyciu przez ROV SuBastian z głębokości 779 metrów podczas ekspedycji Schmidt Ocean Institute.

31 nowych mieszkańców oceanicznej toni

Lista potencjalnie nowych gatunków pokazuje, jak niewiele wiemy o największym środowisku życia na naszej planecie. Naukowcy zidentyfikowali między innymi dziewięć meduz, siedem rurkopławów – kolonijnych organizmów spokrewnionych z meduzami i koralowcami – oraz siedem żebropławów, które poruszają się dzięki rzędom połyskujących rzęsek.

Wśród odkryć znalazły się również cztery larwace. Te niewielkie zwierzęta przypominają kijanki i budują wokół siebie ogromne, śluzowe struktury filtrujące wodę. Choć wyglądają niepozornie, należą do strunowców i pod względem ewolucyjnym są bliżej spokrewnione z kręgowcami niż z większością morskich bezkręgowców.

Naukowcy rozpoznali także nowego obunoga, niezwykle szybkiego wieloszczeta oraz dwa olbrzymie organizmy z grupy Rhizaria. Choć są zbudowane z jednej komórki, osiągają rozmiary pozwalające dostrzec je gołym okiem.

„Największe siedlisko na Ziemi, toń wodna, jest pełne niesamowitych zwierząt, które dopiero zaczynamy poznawać” – powiedziała dr Karen Osborn ze Smithsonian National Museum of Natural History, główna naukowczyni ekspedycji.

Życie uchwycone w ruchu

Kamery ROV SuBastian rejestrowały nie tylko pojedyncze organizmy, ale również zachowania rzadko obserwowane w naturalnym środowisku. Na głębokości około 800 metrów naukowcy zobaczyli samicę pelagicznej ośmiornicy Haliphron atlanticus, która pożerała jaskrawoczerwoną meduzę.

Takie obserwacje pozwalają odtworzyć zależności pokarmowe w toni wodnej. Pokazują również, w jaki sposób energia i węgiel przemieszczają się przez największy ekosystem planety.

Wśród obserwowanych zwierząt znalazła się również młoda kałamarnica szklista. Jej niemal całkowicie przezroczyste ciało sprawia, że w ciemnej toni staje się trudna do zauważenia przez drapieżniki.

Zajrzeć do wnętrza żywego organizmu

Jednym z najważniejszych osiągnięć ekspedycji było wykorzystanie mikroskopu konfokalnego Squid, opracowanego na Uniwersytecie Stanforda. Po raz pierwszy podczas badań prowadzonych na morzu naukowcy uzyskali trójwymiarowe obrazy struktur komórkowych żywych organizmów.

Wśród badanych stworzeń znalazł się duży jednokomórkowy protist. Mikroskop  umożliwił obserwacje jego wewnętrznej architektury oraz sposób, w jaki żywa  komórka współdziała ze swoim szklanym szkieletem.

Technologia pozwoliła również na szczegółowe zobrazowanie oka niewielkiego głębinowego obunoga z grupy Hyperiidea. Każdy widoczny element przypominającej plaster miodu struktury jest częścią złożonego układu wzrokowego przystosowanego do życia przy minimalnej ilości światła.

Nowe gatunki bez wyławiania z oceanu

Obrazowanie laserowe może zmienić sposób badania galaretowatych mieszkańców głębin. Jednym z organizmów zeskanowanych podczas ekspedycji był nieopisany wcześniej rurkopław – kolonijny bezkręgowiec zbudowany z wielu wyspecjalizowanych osobników, które funkcjonują razem niczym jeden organizm.

Zwierzę zostało zeskanowane systemem DeepPIV na głębokości około 350 metrów. Powstały trójwymiarowy model pozwoli naukowcom badać jego budowę bez uszkadzania delikatnych tkanek.

Ocean opisany obrazem i DNA

Obrazy w wysokiej rozdzielczości połączono z sekwencjonowaniem genomów próbek zebranych podczas ekspedycji. Pozwoliło to porównywać wygląd organizmów z ich materiałem genetycznym i znacznie szybciej rozpoznawać gatunki, które mogą być nowe dla nauki.

Proces formalnego opisania nowego gatunku nadal wymaga szczegółowych analiz i może trwać wiele lat. Tym razem jednak naukowcy mogli już podczas wyprawy zebrać obrazy 3D, dokumentację mikroskopową, próbki DNA oraz informacje o zachowaniu zwierząt w ich naturalnym środowisku.

To znacznie więcej niż pojedynczy okaz wyciągnięty z oceanu.

Po raz pierwszy badacze mogli obserwować żywe struktury komórkowe w trzech wymiarach, skanować delikatne zwierzęta bez ich dotykania i niemal natychmiast zestawiać obrazy z informacjami zapisanymi w genomach.

Dwa tygodnie badań wystarczyły, aby odsłonić kolejne fragmenty świata, który zajmuje większość przestrzeni nadającej się do życia na naszej planecie. A liczba odkrytych organizmów pokazuje, że oceaniczna toń prawdopodobnie skrywa jeszcze znacznie więcej gatunków, których nigdy dotąd nie widzieliśmy.

Źródło: MBARI / Schmidt Ocean Institute