30.07.2013

Фитопланктонные водоросли ищут друг друга с помощью турбулентных вихрей

Простейшие водоросли, обладающие собственной подвижностью, используют вихревые потоки морской воды, чтобы организовать себе социальную жизнь — найти партнёра для размножения или для того, чтобы переждать неблагоприятные условия.

Море находится в постоянном движении: разнообразные течения, волны, вихри сталкиваются, способствуя перемешиванию воды и растворённых в ней веществ. Интуиция подсказывает, что нет лучшего способа равномерно перемешать раствор, чем турбулентные вихри: в конце концов, размешивая сахар в чае, мы вызываем те же гидродинамические явления, и чай у нас получается равномерно сладким.

Однако, как выяснили исследователи из Массачусетского технологического института (США), если мы присмотримся к океаническому фитопланктону, то обнаружим обратную картину: водяные вихри способствуют не гомогенизации, а, напротив, сгущению клеток в сравнительно небольшом объёме воды. Увидеть это помог эксперимент Романа Стокера и его коллег, которые поместили водоросли Heterosigma akashiwo в аквариум, напоминающий по форме букву Н, где в вертикальных столбах были восходящие потоки воды, а в перекладине навстречу друг другу неслись два водяных вихря.

Как пишут исследователи в Nature Communications, водоросли не распределялись равномерно по всему объёму, а концентрировались посередине водоворотов.

H. akashiwo могут плавать и сами, и, как оказалось, их способность группироваться в определённых зонах турбулентных потоков зависела от их же подвижности: если водоросли были мертвы, водяные потоки разносили их равномерно по всему аквариуму.

Компьютерная модель дала те же результаты: смоделировав турбулентные потоки в большем объёме виртуальной воды с 3 млн клеток фитопланктона, исследователи снова увидели сгущение клеток, причём чем активнее двигались клетки, тем быстрее такие сгущения образовывались.

Мы привыкли к тому, что судьба планктона зависит только от воли волн, что планктонные организмы плывут туда, куда их несёт течение, что от их собственной подвижности тут мало что зависит. Теперь же, по-видимому, эту точку зрения придётся пересмотреть. Если планктон может хоть мало-мальски двигаться сам, это позволяет ему использовать турбулентные течения в своих интересах.

Интересы же могут быть самые разнообразные. К примеру, такие турбулентные миксеры могут облегчать водорослям поиск полового партнёра. Или же водоросли могут искать друг друга, чтобы сформировать цисты, в коих можно переждать неблагоприятные условия. То есть с помощью турбулентных потоков фитопланктон организует собственную социальную жизнь, и водяные вихри оказываются тем более кстати, если у клеток не слишком развита система химических сигналов.

С другой стороны, в таких скоплениях усиливается конкуренция: множество клеток начинает претендовать на один и тот же запас ресурсов, скопившихся в относительно небольшом объёме. Кроме того, кучкующийся фитопланктон обязательно привлечёт хищника, который вряд ли пройдёт мимо такой высокой концентрации добычи.

Впрочем, исследователи полагают, что фитопланктон может использовать потоки воды не только для того, чтобы собраться вместе, но и чтобы вовремя разбежаться, почуяв рядом опасность.

Кирилл Стасевич

Источники:

1. compulenta.computerra.ru