Обратное моделирование раскрывает новые детали поведения морских личинок

Ученые разработали новый подход к описанию поведения микроскопических морских личинок, который улучшит будущие прогнозы их расселения и распределения.

Исследование Университета Плимута и Национального океанографического центра, опубликованное в Proceedings of the National Academy of Sciences, отказывается от ранее использовавшихся методов, чтобы через обратное моделирование раскрыть новые детали поведения личинок в океане.

Компьютерное моделирование океана обычно используется для предсказания движения животных и растений в воде — подход, известный как биофизическое моделирование.

Модели сочетают глубокие знания об океанических течениях с прогнозами того, как личинки могут вести себя и реагировать на средовые и биологические сигналы, такие как свет, гравитация или феромоны.

Эти факторы приводят к изменениям в их распределении по всей толще воды. Понимание этого особенно важно, поскольку многие морские организмы — слабые пловцы и полагаются на океанические течения (скорость которых уменьшается, а направление меняется с глубиной) для своего перемещения.

Ранее исследователи описывали поведение личинок, экстраполируя лабораторные наблюдения (например, программируя моделируемых личинок плыть вверх и вниз в толще воды в ответ на световые сигналы). Однако, поскольку мало что известно о том, насколько эффективно личинки реагируют на эти сигналы в природе, это может приводить к тому, что модели неточно предсказывают расселение.

Новое исследование позволяет ученым предсказать направление и скорость, с которой личинкам пришлось бы плыть, чтобы модели наилучшим образом соответствовали наблюдаемым в природе паттернам, — без знания механизмов их движения.

Исследование возглавили аспирантка Молли Джеймс и доцент морской экологии доктор Энтони Найтс из Школы биологических и морских наук Университета Плимута. Они обнаружили, что модели плавательного поведения личинок, необходимые для воспроизведения природных паттернов, заметно отличались от тех, что предполагались лабораторными исследованиями.

Ученые полагают, что этот новаторский метод оценки поведения личинок — применимый к любому виду с дисперсной личиночной стадией — кардинально улучшит наше понимание того, как мельчайшие формы жизни расселяются в морских, пресноводных и даже наземных средах.

Молли Джеймс, выпускница программы бакалавриата по морской биологии и океанографии, сказала: «Большинство морских видов имеют личиночную стадию развития, и эти личинки являются ключевым компонентом океанических пищевых сетей. Понимание экологии личинок критически важно, так как оно углубит наши общие знания о морской среде. Наше исследование действительно противоречит прежним представлениям, но мы считаем, что оно обеспечивает реальный качественный скачок в том, как ученые могут предсказывать расселение морских видов сейчас и в будущем».

Доктор Найтс, чьи исследования включают использование полевых экспериментов и теоретических моделей для оценки реакции популяций на антропогенное и средовое давление, добавил: «Расселение видов было ключевым направлением исследований на протяжении многих лет. Глобальное изменение климата приводит к сдвигам и расширению ареалов наземных и морских видов, изменяя структуру и функционирование экосистем, поэтому понимание расселения крайне важно для управления экосистемами. Наше исследование предоставляет инструментарий для моделирования расселения, давая реалистичное представление о поведении, которое ранее было недоступно».