I. Woda, jej chemia i energia1. Morze jako środowisko życia2. Regulacja jonowa i osmotyczna3. Adaptacje termiczne
Życie w morzu. Plan wykładu
III. Ruch i komunikacja7. Problemy z głębokością i lokomocja8. Problemy sensoryczne i sygnały
II. Przemiany energii4. Odżywianie5. Oddychanie6. Reprodukcja i cykl życiowy
IV. Adaptacje do zmiany9. Wtórna inwazja mórz10. Zakłócenia antropogeniczne
1. Morze jako środowisko życia
ok. 70% powierzchni globu,średnia głębokość 3800 m
> 99.9% przestrzeni dostępnej dla życia
środowisko najłatwiejsze?
1. Morze jako środowisko życia
Oceany naszej planety tworzą ciągłe, jednorodne i względnie niezmienne środowisko…
…utrzymywane przez globalny obieg pierwiastków
1. Morze jako środowisko życia
…zarówno w cyklu dobowym jak i w skali geologicznej
…bo prądy i wiry
Oceany naszej planety tworzą ciągłe, jednorodne i względnie niezmienne środowisko…
1. Morze jako środowisko życia
…ale prądy i wiryrings, Golfsztrom salt fingers, symulacja
lokalne różnice
warunków mogą być znaczące
wskaźnik wegetacji, NDVI stężenie chlorofilu a
1. Morze jako środowisko życia
flora zdominowana przez unoszące się w toni glony
(tylko 30 gatunków morskich roślin nasiennych, a ich występowanie ograniczone do estuariów i wybrzeży)
1. Morze jako środowisko życia
Niska produktywność na znacznych obszarach
Wysoka produktywność:- gdzie spotykają się
ciepłe i zimne prądy- gdzie upwelling- mórz polarnych- estuariów- gdzie opada pył z lądu
Produktywność g C d-1 rok-1 ’iron hypothesis’(10x mniejsza niż w lasach)
Pazurnice(Onychophora)
Żebropławy (Ctenophora)
Ramienionogi (Brachiopoda)
Szkarłupnie (Echinodermata)
1. Morze jako środowisko życia
Większość typów zwierząt jest obecna w morzach
1. Morze jako środowisko życia
Zwierzęta morskie wg głębokości występowania, rozmiaru i sposobu poruszania się: bentos, plankton, nekton
http://www.antarctica.gov.au/about-antarctica/wildlife/animals/seabed-benthic-communities
NASA 2016
Stężenie osmotyczne
1000-1150 mOsm
Zasolenie35-36 ppt
Zamarza -1.86 °C
Poniżej 1000 mstałe 34-35 ppt
Woda morskaspływy z gór parowanie
2. Regulacja jonowa i osmotyczna
Morskie bezkręgowce są stenohalinowea płyny ich ciała prawie izoosmotyczne z otoczeniem
Efekt Donnana wynika z gromadzenia w komórce związków,
dla których błony są nieprzepuszczalne
Stąd stała potrzeba regulacji objętości
2. Regulacja jonowa i osmotyczna
2. Regulacja jonowa i osmotyczna
Ograniczona zdolność regulacji objętości komórek
Podstawowe mechanizmy:- pompa sodowo-potasowa- usuwanie obojętnych
aminokwasów (Ala, Gly)- i usuwanie ich pochodnych
(betaina, tauryna, TMAO)
2. Regulacja jonowa i osmotyczna
mocznikdenaturuje białka
Osmolity w tkankach i płynach pozakomórkowych spodoustych:
betaina, TMAOzapobiegają
denaturującemu działaniu mocznika
(przeciwny wpływ na konfigurację
szkieletu białkowego)
1:2
2. Regulacja jonowa i osmotyczna
Sakamoto i in. 2015
Octopus ocellus(Amphioctopus fangsiao)
SW BW SW BW1 day 1 week
Osmoregulacyjna rola oktopresyny - ortologuwazopresyny (ADH) u głowonoga wskazuje na równoległą ewolucję tego procesu u mięczaków, stawonogów i kręgowców
2. Regulacja jonowa i osmotyczna
Izoosmotyczne, ale:
- jony stanowią zaledwie połowę stężenia płynów komórki, reszta to aminokwasy i inne małe cząsteczki organiczne
- skład jonowy komórki różny od otoczenia
2. Regulacja jonowa i osmotyczna
pierścienice
parzydełkowce
potas ↑
siarczany ↓
wapń ↑magnez ↓u skorupiaków
2. Σ Regulacja jonowa i osmotyczna
U stenohalinowych bezkręgowców większość wymiany jonowej odbywa się przez powierzchnię ciała
Ich narządy wydalnicze są proste, a z przepływających przez nie płynów usuwane są resztki odpadów azotowych
Jednak ciała zwierząt morskich nie są biernymi układami w równowadze, a raczej są stale zaangażowane w drobne regulacje objętości komórek i utrzymanie gradientów jonowych
5. Oddychanie
Woda jest trudniejszym niż powietrzemedium dla wymiany gazowej
- większa lepkość (850× → koszty przepływu)
- mniej tlenu (30× → 4-6 vs. 8-10 ppm)
- rozpuszczalność gazów maleje przy:
- wzroście zasolenia
- wzroście temperatury (a tempo przemian rośnie)
- wolniejsza dyfuzja (10000×)
- większa zmienność (wolna dyfuzja, fotosynteza, osady)
- woda może zawierać... (jony, DOM)
5. Oddychanie
Creator: petraboeckmann.de.
Warstwa minimum tlenowego
5. Oddychanie
Aby uniknąć hipoksji potrzebny układ oddechowy, który zapewni
wystarczająco wyeksponowaną i/lub wentylowaną powierzchnię
Potencjalny problem dla:
- zwierząt planktonowych w warstwach minimum tlenowego
- zwierząt bentosowych, gdzie rozkładający się osad i niemieszająca się woda prowadzą do warunków anaerobowych
- zwierząt, które migrują pionowo lub równoleżnikowo, w rytmie dobowym lub sezonowym, pomiędzy takimi strefami
- niektórych ryb i większości endotermicznych kręgowców o wysokim tempie metabolizmu i okresach intensywnego wysiłku fizycznego
płazińce
sumokształtne
5. Oddychanie
W sytuacji braku zagrożenia utratą wody, może odbywać się całą powierzchnią ciała…
cerata ślimaków Nudibranchia
5. Oddychanie
…która jest w tym celu zwiększana, poprzez specjalne struktury:
niebieski smokGlaucus atlanticus
papillae
5. Oddychanie
np. różnorodność struktur i wiele miejsc wychwytu tlenu u rozgwiazd:
nóżkiambulakralne
respiratory tree
Funkcje oddechowenarządów nie-oddechowych
Nie-oddechowe funkcjenarządów oddechowych
1. Równowaga płynów
2. Równowaga kawsowo-
zasadowa (HCO3-)
3. Wydalanie (amoniak)
4. Pobieranie minerałów i
substancji odżywczych
(NaCl, Ca)
5. Odżywianie
6. Transfer ciepła
praca wykonywana podczas ruchów oddechowych zużywa zaledwie 2% całkowitego wydatku energetycznego u niektórych ssaków i aż 50% u niektórych ryb
Mechanika oddychania w wodzie:
ram ventilationzaangażowane inne
mięśnie (przemieszczanie)
5. Oddychanie
buccal pumpingzaangażowane mięsnie policzkowe
5. Oddychanie
Przeciwprądowy mechanizm wymiany gazowej – pozwala uzyskać maksymalną różnicę ciśnienia parcjalnego tlenu na całej powierzchni dyfuzji
Efektywność pobierania tlenu z wody może wynosić nawet 90% u
niektórych skorupiaków, ryb i płazów, a zaledwie 30-40% u ptaków i 25% u ssaków
5. Oddychanie
Kiedy wyrafinowane struktury nie wystarczają,uruchamiane są fizjologiczne odpowiedzi:
- zwiększenie tempa wentylacji
- spowolnienie przepłukiwania skrzeli, zwykle przez spowolnienie pracy serca (bradykardia)
- wymiana barwników oddechowych
Gnathophausia ingens
krab błękitnyCallinectes
sapidus
Increased amount of & shift in hemocyanins → high-affinity oligomers
5. Oddychanie
Białokrwiste (Channichthyidae) rodzina morskich ryb okoniokształtnych
Antarctic icefish
niskie tempo metabolizmusluggish lifestyle
brak erytrocytówutrata genu β-globiny
zimna woda:duża zawartość tlenuduża lepkość krwi
40% tlenu pobierane przez skórę(zmniejszona powierzchnia skrzeli, kapilary w skórze)zwiększona objętość wyrzutowa serca
• Dostępność pokarmu 1000 m poniżej eutroficznych wód powierzchniowych może być podobna do tej z powierzchniowych oligotroficznych wód – a tempo metabolizmu wciąż spada z głębokością
• Zawartość tlenu nie spada jednostajnie z głębokością, a tempo metabolizmu spada i tak
• Temperatura nie maleje z głębokością w wodach Antarktydy, a tempo metabolizmu spada i tak
• Zmiany ciśnienia z głębokością nie wpływają na tempo metabolizmu zwierząt planktonowych i dennych
• Tempo metabolizmu wiąże się z głębokością tylko u zwierząt kierujących się wzrokiem, u których od światła zależy odpowiedz na ofiarę lub drapieżnika
Minimalna głębokość występowania a zużycie tlenu
rybygłowonogi
szczecioszczękiemeduzy
skorupiaki denne
5. Σ Oddychanie
raczej ekologiczne niż fizjologiczne ograniczenie:brak produkcji pierwotnej i niskie zagęszczenie ofiar
tlenek trimetyloaminy, TMAO
osmolit stabilizujący białka u ryb
Yancey i in. 2014PNAS
skorpenokształtneNotoliparis kermadecensis
7. Problemy z głębokością - pływalność
Ciśnienie
behawior
fizjologiaPływalność
c. dodawanie lekkiego materiału
b. usuwanie ciężkiego materiału
a. zwiększanie stosunku powierzchni do objętości
7. Problemy z głębokością - pływalność
a. zwiększanie stosunku powierzchni do objętości
opór hydrodynamiczny i lepkość wody
wystarczy dla utrzymania w toni organizmów kilkumilimetrowej
długości
7. Problemy z głębokością - pływalność
- zastępowanie ciężkich jonów
mątwaSepia sp.
chełbia modraAurelia aurita
kałamarniceHelicocranchia sp.
piglet squid
65% obj. amoniak
SO42- Cl-~
Mg2+ NH4+~
7. Problemy z głębokością - pływalność
b. usuwanie ciężkiego materiału
- usuwanie jonów bez substytucji
rzadkie u bezkręgowców, ale częste w jajach ryb kostnoszkieletowych
większe, bardziej uwodnione jaja mają większą wyporność
7. Problemy z głębokością - pływalność
b. usuwanie ciężkiego materiału
prowadzi do hypotoniki płynów ciała
akwaporyny odgrywają aktywną rolę w pobieraniu wody przez oocyt ryby
- redukcja ciężkich minerałów
CaCO3
Ca3(PO4)2
niewykształcone do końca kości odnóży i żeber,
bez szpiku, porowate, z dużą zawartością lipidów
kość: 2 g cm-3 vs. chrząstka: 1.1 g cm-3
7. Problemy z głębokością
b. usuwanie ciężkiego materiału
Limacina helicina
Clione limacina
ślimaki tyłoskrzelne
żarłacz olbrzymiCetorhinus maximus
wątroba: 20% masy,
w niej 75% lipidy
7. Problemy z głębokością - pływalność
c. dodawanie bardzo lekkiego materiału
- zwiększanie zawartości lekkich tłuszczów
pływalność €
niezmineralizowane
* skwalen
*
prekursorsteroli
nawilżaczskóry i błony
śluzowej nosa
7. Problemy z głębokością - pływalność
zwiększanie zawartości lekkich tłuszczów w cyklu życiowym
wzrost nienasycenia
estrów kwasów
tłuszczowychwybiórczy katabolizm
wielonienasyconych
estrów kwasów
tłuszczowych> 500 m
przejście estrów
do stanu stałego
Clark i in. 2012
Calanus finmarchicus
7. Problemy z głębokością - pływalność
Pęcherz pławny
7. Problemy z głębokością - pływalność
c. dodawanie bardzo lekkiego materiału
- zwiększanie zawartości gazów:
Większość ryb kostnoszkieletowych ma pęcherz pławny
elastyczne ściany umożliwiają zmiany objętości
dzięki mało unaczynionym i wyłożonym kryształami guaniny ścianom jest nieprzepuszczalny dla gazów
jego grzbietowe usytuowanie nadaje ciału stabilność boczną
7. Problemy z głębokością - pływalność
ryby otwartopęcherzowe
(physostomes)
pęcherz połączony
z przełykiem
ryby zamkniętopęcherzowe
(physoclisti)
pęcherz nie połączony
z przewodem pokarmowym
(wtórne)
karp
, troć, ś
ledź...
dors
z, o
koń, c
iern
ik
Niektóre przydenne i głębokomorskie ryby kostnoszkieletowe
nie mają pęcherza pławnego (wtórne)
Ophioblennius atlanticusredlip blenny (ślizgowate)
tłuszcze zgromadzone w wątrobie zapewniają larwom pływalność
pływalność €
7. Problemy z głębokością - pływalność
Aparat WeberaU niektórych ryb pęcherz pławny pełni funkcję rezonatora, pośrednicząc w przenoszeniu sygnałów dźwiękowych ze środowiska - przez aparat Webera - do błędnika
Pęcherz - rezonator
I „w drugą stronę”: u kulbinowatych i batrachowatych jest wykorzystywany do wydawania dźwięków
ropusznik świszczący
7. Problemy z głębokością - pływalność
manaty regulują pływalność kontrolując ilość gromadzonych gazów w przewodzie pokarmowym
a być może także kontrolują przestrzenne ich rozmieszczenie:
Top Related