Связь спортивной медицины и реакции мидий на закисление океана

Исследовательница NOAA Fisheries Шэннон Месек, изучающая моллюсков и увлекающаяся марафонским бегом, заинтересовалась тем, как ультрамарафонцы переносят более высокий уровень углекислого газа (CO₂), чем обычные люди. Разговор с врачом о реснитчатых клетках в человеческих лёгких натолкнул её на мысль: могут ли сходства в функции этих клеток у людей и у синих мидий объяснить реакцию мидий на повышение кислотности океана?

Синие мидии — это фильтрующие двустворчатые моллюски, важные как для экономики, так и для экологии. Как и другие двустворки, они используют жабры для питания и дыхания. Жаберные реснички — микроскопические волосовидные структуры — создают и контролируют ток воды, который доставляет пищу и кислород. Они же помогают захватывать и сортировать пищевые частицы.

Похожие реснитчатые клетки в лёгких человека имеют рецепторы, которые чувствуют окружающую среду, включая концентрацию CO₂. Они запускают ответные реакции, которые могут включать изменение частоты биения ресничек. Лёгкие ультрамарафонцев очень эффективны в этом: они могут переносить более высокий уровень CO₂ в организме и не так быстро «запыхаться».

Месек предположила, что повышенный CO₂, характерный для закисления океана, также может угнетать работу ресничек у моллюсков. Это, в свою очередь, подавляло бы питание и дыхание. Это предположение привело к исследованию, проведённому в лаборатории NOAA Northeast Fisheries Science Center в Милфорде, Коннектикут.

Это исследование, возможно, первое, которое показало, что жаберные реснички моллюсков замедляют свою работу с ростом концентрации растворённого CO₂. Результаты подтвердили, что повышенная концентрация CO₂ снижает скорость питания синих мидий. Более того, исследователи нашли доказательства, что именно замедление частоты биения ресничек — того, как часто они сокращаются и двигают воду — вызывает это снижение. Это похоже на то, что может происходить в лёгких человека. Эти выводы важны для понимания того, как закисление океана влияет на моллюсков и морские экосистемы. Исследование опубликовано в Ecological Indicators.

Что происходит с мидиями при избытке CO₂?

Снижение фильтрации и питания имеет важные последствия для энергетического баланса и роста синих мидий, а также для экосистемы в целом. «Фильтрация воды двустворчатыми моллюсками — это экосистемная услуга, и то, как на неё влияет закисление океана, необходимо лучше понять», — сказала Месек.

По мере роста концентрации CO₂ в атмосфере океан поглощает примерно 30% этого газа, что делает воду более кислой. На северо-востоке США содержание растворённого CO₂ в морской воде увеличилось на 2,5% в период с 2007 по 2015 год.

Исследователи измерили скорость питания мидий в условиях низкой и высокой концентрации CO₂ в ходе полевого эксперимента в гавани Милфорда, используя метод биодепозиции, разработанный другими учёными из Милфорда. Для сравнения аналогичный эксперимент провели в лаборатории, подвергая мидий воздействию двух разных концентраций CO₂ с помощью экспериментальной системы.

Как в полевых, так и в лабораторных условиях объём воды, отфильтрованный мидиями за определённое время, был ниже при более высоком уровне CO₂ и выше при более низком. Мидии в условиях повышенного CO₂ имели значительно более низкую скорость фильтрации и эффективность отбора пищевых частиц.

Команда использовала систему высокоскоростной цифровой видеосъёмки с программным обеспечением, применяемым в биомедицинских исследованиях, для измерения частоты биения ресничек. Они обнаружили, что частота биения снижалась по мере роста концентрации CO₂.

«Поразительно, как часто инструменты из медицинского сообщества помогают ответить на вопросы о морских животных», — пояснила лаборант Мелисса Крисак.