O apelo evolutivo do oceano: como os relógios biológicos dos animais são sincronizados com as marés

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No inverno, as caixas de areia islandesas se aglomeram aos milhares para se banquetear nas margens cintilantes expostas de Wash Bay . São aves de tamanho médio dos maçaricos subordinados, com aparência chata e desagradável, branca abaixo e areia acima. Durante a estação de acasalamento, suas penas ficam marrom-avermelhadas, mas isso ocorre no Ártico Canadá, na Rússia e em outros climas frios, onde os pássaros passam o verão e raramente são vistos na Grã-Bretanha. Na Grã-Bretanha, as caixas de areia são mais conhecidas por seu grande número.

A visão de seus enormes rebanhos é fascinante durante seus voos sobre locais de alimentação: em meus estuários de Norfolk, Tamisa e Severn , Morkam Bay e outros lugares onde a maré expõe faixas de lodo razoavelmente amplas. Os pássaros passam uma ou duas horas na maré alta, escondendo-se na vegetação logo acima da água e depois retornam para realimentação. Em Snettishem, na costa oeste de Wash, foram registrados vôos de maré de até 45.000 indivíduos.



As caixas de areia são muito características. Alguns maçaricos voam em diferentes intervalos individuais à medida que ocorrem fluxos e refluxos. Outros, como as aves pernaltas , dão as costas para a água e sobem, como se desafortunadamente, uma ladeira lamacenta da água que avança. Mas as caixas de areia, possivelmente devido ao fato de seus rebanhos serem muito densos, são removidas no último momento, quando a maré já atingiu as patas e ameaça molhar o estômago.

Eu os vejo voar em movimentos intrincados, como uma cortina desenhada por um mágico. Um rebanho denso gira e faz ataques repentinos, como se fosse um único organismo aéreo. Ao decolar, os pássaros se unem em uma nuvem em forma de ovo, não muito acima da água, e então o rebanho ganha altura e assume formas ainda mais bizarras, como se fosse um dançarino de flamenco em pixel. À medida que a nuvem boceja e mergulha, cada um de seus pontos se torna claro ou escuro quando o corpo do pássaro gira, criando um efeito iridescente e levemente irreal. E todo esse tempo, os pássaros gritam, e seus gritos se sobrepõem, criando um barulho ensurdecedor e alto.

Depois de descansar na maré alta por uma hora na praia, as caixas de areia retornam à sua tarefa, marchando gradualmente até a borda da maré baixa com a água que sai, procurando comida. O pacote de retorno não parece tão chique quanto o recém-criado; os pássaros estão com pressa. Eles estão espalhados ao longo da beira da água. Alimentam-se pelo toque, sentindo as vibrações do lodo com longos bicos, traindo a presença de moluscos enterrados embaixo dele. Eles comem mexilhões pequenos e em forma de coração , mas são especialmente indiferentes a representantes de bivalves como a papoula do Báltico e assorear os caracóis Hydrobia ulvae. A papoula do molusco vive em lodo na parte inferior da zona das marés e usa um tubo semelhante a um sifão para sugar o material nutriente de uma superfície úmida. O caracol de lodo vive na parte superior da zona das marés e se alimenta de algas e detritos orgânicos, como os restos em decomposição de criaturas marinhas e fezes, das quais extrai proteínas. Essa segregação de alimentos básicos se reflete em seus hábitos alimentares - eles bicam a superfície em busca de caracóis na zona de maré alta quando a maré começa ou diminui, mas cavam lodo em busca de moluscos quando a água recua completamente.

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Outras aves da costa preferem diferentes tipos de alimentos e, portanto, se comportam de maneira diferente em relação à água. As caixas de areia permanecem na borda e os dungers podem mergulhar facilmente para suas presas. Os shiloklyuvki usam seus bicos dobrados para vasculhar em águas rasas em busca de vermes Nereis e krevektok. As aves pernaltas podem quebrar as conchas duras das conchas de pires do mar com o bico semelhante a uma britadeira. Na Baía de Fundy, até dois milhões de pequenas caixas de areia param ao longo do caminho da migração para desfrutar de camarões silte. Este lugar é popular entre eles, já que os invertebrados se desenvolvem mais cedo do que o habitual devido à água extremamente afastada, o que garante uma fonte confiável de alimentos.

Em todos os casos, o comportamento das aves é controlado pelos fluxos e refluxos. O ritual da caixa de areia - comer, agitar, descansar, voltar à costa - não se repete ao mesmo tempo, mas cerca de uma hora depois todos os dias, porque depende do ciclo das marés. Quando, talvez em alguns dias, a maré chega com a chegada da noite, as caixas de areia podem descansar um pouco mais e abandonar acrobacias aéreas, enquanto os predadores que se alimentam delas caçam durante o dia, mas também continuam a comer na maré baixa à noite.

A zona das marés é uma faixa única, uma zona de transição concentrada entre as comunidades ecológicas do mar e da terra. É um ambiente rico em alimentos, mas também uma existência tensa - devido à mudança de calor e frio, sol e ondas. Outros habitats são geralmente limitados a regiões climáticas. Mas a zona das marés é encontrada em qualquer costa e é limitada apenas pelas marés. E a vida que ela sustenta é quase exatamente reproduzida em todo o mundo, apesar da diferença de clima.

Nas costas rochosas, a divisão em zonas é claramente marcada em cada superfície, e você pode ver evidências gráficas da organização rígida de animais e plantas de acordo com as classes, de acordo com a tolerância à imersão na água do mar ou no ar. Em tal margem, uma pedra cinza terrestre com musgo verde crescendo serve como camada superior, e manchas de guano demonstram o uso regular dessas pedras pelas aves marinhas como poleiros. Abaixo, há uma camada cinza mais escura, mais brilhante expressa acima do que abaixo. Esta é uma zona de mergulho, que geralmente é afetada pelo mar, mas não é regularmente submersa na água. Sua cor distinta indica a presença de pequenas algas.

As algas costeiras se agarram aos estratos inferiores em locais onde não são muito íngremes. Abaixo deles, há uma camada marrom contendo mais algas pequenas e grandes, que cobrem cada maré. A última camada visível, mais próxima da beira da maré, novamente mostra uma pedra cinza, à qual se agarram organismos marinhos maiores - patos marinhos, discos voadores e algas grandes. A divisão em zonas é demonstrada não apenas por esses organismos imóveis e sedentários, mas também por uma infinidade de insetos, caranguejos, pássaros costeiros e outros animais correndo em busca de comida dentro de suas fronteiras usuais.

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E essa sequência vertical é preservada em todo o mundo, apenas a largura das bandas individuais muda e, algumas vezes, uma delas pode desaparecer completamente devido a fatores físicos inadequados ou à competição de espécies. Mas, em geral, uma organização hierárquica da vida reduz a competição. Os limites das faixas de rigidez não são inferiores às fronteiras dos países e são alterados apenas no caso de coincidências malsucedidas de vários eventos, e somente por um pouco e por um curto período de tempo. Por exemplo, as ondas da tempestade durante a maré alta aumentam temporariamente a zona de respingo, e a seca da maré em quadratura desidrata as espécies que geralmente vivem na zona de maré.

A zona das marés está inevitavelmente ameaçada por outro sério perigo - a humanidade. Em muitas partes do mundo, esse habitat rico está em declínio. Com o aumento dos níveis, o mar invade a terra - e esse é um fator mais sério do que parece à primeira vista. Um aumento do nível do mar por milímetro pode levar à erosão de um metro de terra. E o desenvolvimento das zonas costeiras as tira da terra. Se esses dois processos ocorrerem, estruturas de proteção serão construídas na fronteira, substituindo a costa, as dunas e os pântanos por uma cerca de concreto. O habitat de 1-3 km de largura é subitamente substituído por uma parede vertical que comprime a zona das marés até vários metros.

Outras criaturas no processo de evolução aprenderam a usar as marés de maneiras mais sofisticadas. Por exemplo, o ciclo reprodutivo do “peixe andando”, o grunhido californiano (Leuresthes tenuis), é sincronizado com as marés syzygy quando a maré mais alta ocorre uma vez a cada duas semanas, em cada lua nova e cheia. Grunion é um pequeno peixe prateado do tamanho de uma sardinha com barbatanas radiais. Nas noites de primavera e verão na maré alta, as praias do sul da Califórnia, onde os peixes aparecem, de repente ficam cobertas por milhares de criaturas que se contorcem.

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Observações científicas mostram que este evento é precisamente sincronizado para aproveitar as marés. Tudo geralmente acontece nos dias imediatamente após a lua cheia ou nova, quando a maré está alta, mas não máxima. Para cada dia subsequente nesse curto período, a maré diminuirá gradualmente, e o caviar depositado pelos grunions na areia não será lavado com água. E as ondas das marés subseqüentes que quebram na praia aram a areia, como resultado do que o caviar não afunda muito fundo. Nos próximos 11 dias, o caviar se desenvolve em areia rasa e molhada. Após 11 dias, grandes ondas da próxima maré syzygy chegam. Eles começam a corroer a areia onde está o caviar. Logo ela não está mais enterrada na areia, mas oscila nas ondas, o que é um sinal para a incubação de alevinos. Geralmente eles eclodem pouco antes da próxima lua cheia ou nova, como resultado das quais aumentam suas chances de descer a praia até a água até as próximas marés, que aumentarão gradualmente.

Mas isso não é tudo. Se as marés syzygy não atingirem o caviar que se desenvolve na areia - por exemplo, quando os ventos reduzem a altura da maré - o caviar fertilizado pode atrasar a eclosão por duas ou até quatro semanas até que uma maré mais favorável chegue.

Muitas criaturas marinhas, incluindo peixes fritos, fundos e ostras de Colchester, mostram uma sincronização semelhante do ciclo reprodutivo com as marés syzygy. Mas entre os grunions, a adaptação está tão afinada ao fluxo e refluxo que pode ser chamada de milagre evolutivo. Os detalhes de seu ciclo de reprodução testemunham sua estreita conexão com os fluxos e refluxos. As evidências sugerem que os grunions evoluíram neste local e que, desde então, as condições das marés de seu habitat permaneceram praticamente as mesmas.

Como os animais "sabem" o que a maré levará? Quando os cientistas começaram a estudar essa questão, consideraram improvável que algum grunion tivesse um mecanismo interno pelo qual o tempo de reprodução pudesse ser verificado. Eles sentem a pressa diretamente ou respondem a outros estímulos? Algo pode ser inferido logicamente. É improvável que a luz da lua atraia os peixes para a praia, pois eles fazem isso na lua cheia e na lua nova. O fato de a reprodução não ocorrer na maré mais alta, mas logo depois, diz que seu comportamento não depende da altura imediata da maré (esse momento pode ser determinado pelos grunions por uma pequena mudança na pressão). A maré seguinte, após a desova, bombeia caviar, o que leva à liberação de enzimas que dissolvem a membrana dos ovos, devido à qual as alevinas eclodem. Mas as ondas não podiam estimular os peixes a desovar, caso contrário, qualquer tempestade violaria todo o sistema de criação.

O que mais resta? A atração gravitacional pode servir de estímulo? Qualquer força desse tipo não é nada comparada à mudança de pressão que os peixes experimentam mudando de profundidade, mas a gravidade ainda não pode ser completamente varrida. Não importa o que estimule esse comportamento, esse fenômeno definitivamente não está ligado a essa maré em particular, durante a qual os grunhidos vão aparecer, já que o caviar começa a amadurecer muito antes disso - e também em uníssono com as fases da lua.

O autor John Steinbeck escreve sobre esse mistério no The Journal of the Sea of ​​Cortes , um livro sobre uma expedição biológica organizada por ele e seu amigo Ed Rickets no Golfo da Califórnia em 1940. "O Mar de Cortez" chamou seu navio, bem como a área onde eles "caçaram". Ricketts, que serviu de protótipo para Doc na Canning Series de Steinbeck, mais tarde escreveu um guia científico sobre a vida das marés, baseado em parte nos resultados dessa expedição. Emaranhados nas raízes das árvores de mangue com um parafuso de barco e coletando rapidamente representantes de diferentes espécies das águas rasas que abriam na maré baixa, eles descobriram uma vida incrivelmente diversa e colorida em águas quentes: caranguejos e caracóis, criaturas com os nomes de terríveis monstros mitológicos, como górgonas e outras criaturas como serpulídeos , tão pouco conhecidas que têm apenas os nomes dados pela ciência. Eles viram um peixe que poderia sobreviver sem água, pelo menos entre as marés altas, e observaram diferentes formas de vida, divididas pela quantidade de tempo gasto na água.

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Inevitavelmente, eles começaram a discutir sobre a importância dos fluxos e refluxos para a diversidade na vida, principalmente porque no período pré - cambriano , quando os organismos unicelulares começaram a evoluir para formas mais complexas, o fluxo e refluxo dos fluxos foi muito maior do que hoje, porque a órbita da lua era menor. . Steinbeck escreve: "A atração da lua deve ter sido o fator ambiental mais importante para a fauna costeira". Seu peso corporal e movimento no mar mudaram ciclicamente com a rotação da Terra. "Imagine o efeito de reduzir a pressão nas gônadas, óvulos ou espermatozóides cheios, se eles já quase explodirem e esperar um pouco de incentivo adicional para a liberação". Steinbeck acha mais interessante que muitos animais transfiram uma certa memória ancestral com base em tais estímulos e a ajustem a sinais menos óbvios dos fluxos e refluxos - ele acredita que estamos sujeitos a esse efeito. "Os efeitos das marés são misteriosos e ocultos no coração, e podemos dizer que ainda hoje os efeitos das marés são mais fortes e mais do que se costuma acreditar".

A questão permanece como exatamente essas criaturas sentem os fluxos e refluxos. Eles não nadam com as tabelas de marés, não comparam as marés e o tempo de uma maneira tão artificial quanto a nossa. Ou eles têm um relógio de maré embutido ou sentem diretamente algumas das propriedades primárias ou secundárias das marés, como a pressão ou a velocidade da água, ou mudanças na temperatura e na salinidade.

Talvez o fato de estarmos desamarrados pelas marés torne esse problema mais difícil do que é. Afinal, não há nada de surpreendente no sentido do tempo pelos animais. Nós mesmos obedecemos aos ritmos circadianos, pois somos lembrados diariamente de alarmes e comunicados de imprensa. Por que o ritmo "circadiano" deve ser mais estranho que o ritmo circadiano? Obviamente, o ritmo circadiano apresenta sinais óbvios de uma mudança da luz solar intensa para a escuridão. Mas isso é óbvio para nós. E o que poderia ser óbvio para as criaturas marinhas que são tão diferentes de nós? Consideramos o ritmo de 24 horas natural, mas esses animais não podem considerar natural um período de 12 horas ou menos, especialmente se a sobrevivência deles depende disso?

A maneira como o Sol controla os ritmos diários e anuais da vida em terra é relativamente bem conhecida. Mas a explicação dos mecanismos rítmicos da vida marinha começa a ser construída apenas agora. Os ritmos circadianos são dirigidos por genes que fornecem uma resposta química. Isso significa que o ritmo é mantido mesmo na ausência de estímulos externos, como uma alteração no nível de iluminação ou temperatura. Ritmos independentes do mesmo tipo também foram observados em criaturas marinhas, mas permanece a questão de saber se esses relógios biológicos estão associados a marés ou se representam uma versão do relógio circadiano que se ajustou como resultado da adaptação a um período diferente de trabalho.

Em 2013, geneticistas da Universidade de Leicester obtiveram evidências da existência de relógios biológicos especializados em marés circadianas. Os pesquisadores trabalharam com uma espécie de camarão, Eurydice pulchra, um famoso habitante de praias arenosas. Ao interromper a expressão dos genes responsáveis ​​pelos ritmos circadianos e mostrar que os animais ainda mantêm seu comportamento nas marés, os cientistas descobriram que os ritmos das marés são independentes do relógio circadiano. Os piolhos da madeira têm dois tipos de relógios biológicos: circadiano, controlando processos como o aparecimento de pigmentos corporais e circadiano, controlando seu comportamento na água em resposta aos ritmos de maré de 12 horas.

Em relação a ciclos mais longos, marés de syzygy e quadratura, experimentos nos dão novas explicações sobre como os animais reagem a eles. Pesquisadores austríacos usaram Nereid - esta foi uma das primeiras espécies em que os cientistas descobriram ciclos de reprodução ligados a marés syzygy. Ele é considerado um fóssil vivo, porque sua fisiologia, comportamento e habitat não mudam há milhões de anos. Ao contrário dos grunhões, esses vermes não multiplicam todas as marés de syzygy em determinadas épocas do ano, mas todo mês, na maré alta durante a lua cheia. Esse comportamento sugere que o relógio circadiano-lunar pode estar ligado ao luar, ou melhor, à sua ausência, e não a fatores hidrodinâmicos que podem afetar grunions. As reações bioquímicas catalisadas pelo luar podem desempenhar um papel nesse comportamento. Todos os relógios biológicos conhecidos estão de alguma forma conectados à lua ou ao sol.

Eu desconhecia completamente a dependência das Nereidas no ciclo lunar, quando peguei uma delas no lodo, observando os fluxos e refluxos na costa norte de Norfolk. Vi gaivotas e maçaricos - reais que voavam para dentro ou para fora naquele dia, mas para realmente apreciar o carinho desses animais pelos fluxos e refluxos, eu teria que ficar naquele local por muitos dias. Nossas vidas são tão claramente controladas pela mudança do dia e da noite que desconhecemos completamente outros ritmos além disso, e a ciência está apenas começando a entendê-los.

Um trecho do livro de Hugh Elders-Williams' Tide: Ciência e história da maior potência do planeta "

Source: https://habr.com/ru/post/pt403499/


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