νηματώδης (C. elegans) πηδά σε μια μέλισσα κατά μήκος ενός ηλεκτρικού πεδίου ιππασίας. Πίστωση: Chiba et al., 2023
Ιάπωνες επιστήμονες που εργάζονται με νηματώδεις (C. elegans) Μια μέρα, πολλά σκουλήκια που καλλιεργήθηκαν στο εργαστήριο παρέμειναν μυστηριωδώς προσκολλημένα στα καπάκια των πιάτων Petri αντί για το άγαρ τροφής για σκύλους όπου είχαν τοποθετηθεί αρχικά. Ενδιαφερόμενοι, έκαναν πειράματα για να δουν πώς τα σκουλήκια μετακινούνταν από το ένα σημείο στο άλλο σε λιγότερο από ένα δευτερόλεπτο.
Οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι, αντί να σέρνονται στα τοιχώματα του πιάτου, τα σκουλήκια πηδούσαν από το κάτω μέρος του πιάτου στο καπάκι – και χρησιμοποιούσαν ηλεκτρικά πεδία για να το κάνουν. Μπορούν ακόμη και να πηδήξουν από ένα πιάτο Petri σε μια μέλισσα, είτε μεμονωμένα είτε σε μεγάλες ομάδες. Η ομάδα περιέγραψε τη δουλειά της στο ΝΕΟ ΦΥΛΛΟ Δημοσιεύτηκε στο Current Biology.
“Οι επικονιαστές, όπως τα έντομα και τα κολίβρια, είναι γνωστό ότι είναι ηλεκτρικά φορτισμένοι και οι κόκκοι γύρης πιστεύεται ότι έλκονται από το ηλεκτρικό πεδίο που σχηματίζεται από τον επικονιαστή και το φυτό.” είπε ο συν-συγγραφέας Takuma Souji, βιοφυσικός στο Πανεπιστήμιο της Χιροσίμα στην Ιαπωνία. «Ωστόσο, δεν ήταν απολύτως σαφές εάν τα ηλεκτρικά πεδία χρησιμοποιούνται για αλληλεπιδράσεις μεταξύ διαφορετικών χερσαίων ζώων».
Οι συγγραφείς γράφουν ότι οι αλληλεπιδράσεις μεταξύ διαφορετικών οργανισμών «διαμορφώνουν έντονα τη δομή και τη λειτουργία των οικολογικών κοινοτήτων και οικοσυστημάτων». Διαφορετικά είδη μπορεί να εξαρτώνται από διαφορετικούς περιβαλλοντικούς παράγοντες ενεργοποίησης: χημικές αντιδράσεις μεταξύ εντόμων και φυτών, για παράδειγμα. οπτική αντίληψη για να εντοπίσετε το θήραμα και να επιλέξετε προτιμώμενες τροφές. και την ικανότητα ανίχνευσης μηχανικής ενέργειας από άλλα ζώα. Στη συνέχεια, υπάρχουν ηλεκτροστατικές αλληλεπιδράσεις. Εκτός από τους επικονιαστές, οι συγγραφείς σημειώνουν ότι πολλά είδη ψαριών χρησιμοποιούν ηλεκτρικά πεδία για να ανιχνεύσουν το θήραμα και τα αρπακτικά. και κατάφυτες αράχνες – απαθανατίστηκαν στο παιδικό κλασικό του E.B. White Charlotte’s Network– Απελευθερώστε τις μεταξωτές κλωστές για να σχηματιστεί ένα αλεξίπτωτο και επιπλεύστε στον αέρα.
Πώς το κάνουν αυτό οι αράχνες; Μια υπόθεση είναι ότι οι ιστοί της αράχνης έχουν στατικό ηλεκτρικό φορτίο που αλληλεπιδρά με το ασθενές κατακόρυφο ηλεκτρικό πεδίο στην ατμόσφαιρα. Μια ανταγωνιστική υπόθεση είναι ότι καθώς ο αέρας θερμαίνεται καθώς ανατέλλει ο ήλιος, οι αράχνες απελευθερώνουν μεταξωτές κλωστές για να περιστρέψουν τις «ομπρέλες» τους για να πιάσουν τα ανοδικά ρεύματα μεταφοράς (ανοδική ροή) που προκαλούνται από τις διαβαθμίσεις της θερμοκρασίας. ένα Μελέτη 2018 διαπίστωσε ότι οι αράχνες φαίνεται να είναι σε θέση να ανιχνεύουν ηλεκτρικά πεδία υπό κανονικές ατμοσφαιρικές συνθήκες. Αυτό οδηγεί στη συμπεριφορά του αερόστατου και τα ηλεκτρικά πεδία παρέχουν αρκετή δύναμη για να δημιουργήσουν ανύψωση. πέρυσι, Οι φυσικοί έδειξαν Από μια τρισδιάστατη αριθμητική προσομοίωση, τουλάχιστον για τις μικρές αράχνες, τα ηλεκτρικά πεδία είναι ήδη επαρκή για να δημιουργήσουν επαρκή ανύψωση χωρίς τη βοήθεια ρευμάτων αέρα.
Ένας από τους λόγους που οι αλληλεπιδράσεις μεταξύ των ειδών έχουν τόσο ισχυρή επίδραση στα οικοσυστήματα είναι ότι βοηθούν στη διασπορά των ζώων, κάτι που ο Κάρολος Δαρβίνος θεώρησε κρίσιμο για την εξέλιξη και την επέκταση των ειδών. Όταν ένα είδος εξαρτάται από ένα άλλο για τέτοια διασπορά, είναι γνωστό ως διασπορά του ανθρώπου. Μικρά ζώα χωρίς φτερά και πόδια, όπως τα σκουλήκια, συχνά προσκολλώνται σε μεγαλύτερα, διερχόμενα ζώα όπως έντομα και πουλιά για να διασχίσουν μεγάλες αποστάσεις.
C. elegans Βρίσκεται σε ένα ευρύ φάσμα ειδών και εξαρτάται από έναν τύπο φόρεσης για την επίτευξη αυτού του εύρους. Προηγούμενη έρευνα έδειξε ότι σε ορισμένες περιπτώσεις, όπως τα σαλιγκάρια και ορισμένα έντομα, ο μηχανισμός διασποράς είναι μάλλον απλός. Τα νηματώδη εμπλέκονται σε μια συμπεριφορά γνωστή ως «κρουστά», στην οποία τα σκουλήκια στέκονται στις ουρές τους, μειώνοντας έτσι την επιφανειακή τάση των νερών στα οποία βρίσκονται συχνά νηματώδεις, καθιστώντας ευκολότερο για τα σκουλήκια να προσκολληθούν στους διασκορπισμένους ξενιστές τους. ανά suji et al. Αυτό αυξάνει επίσης τη συχνότητα της άμεσης επαφής με άλλα ζώα.
Μια ομάδα σκουληκιών που πηδούν μαζί. Πίστωση: Chiba et al., 2023
Ωστόσο, σε αντίθεση με τα σαλιγκάρια και τα έντομα, τα ιπτάμενα έντομα όπως οι μέλισσες συσσωρεύουν φυσικά φορτίο κατά την πτήση, παράγοντας ηλεκτρικό πεδίο. Ο Sujei και οι συνεργάτες του σκέφτηκαν ότι οι ηλεκτροστατικές αλληλεπιδράσεις θα μπορούσαν να εξηγήσουν γιατί οι νηματώδεις που αναπτύσσονται στο εργαστήριο συνεχίζουν να καταλήγουν στο καπάκι ενός τρυβλίου Petri. Τα πρώτα πειράματα επιβεβαίωσαν ότι τα σκουλήκια δεν σέρνονταν στα τοιχώματα του πιάτου Petri. Η μετάβαση σε βίντεο υψηλής ταχύτητας επέτρεψε στην ομάδα να καταγράψει την κίνηση άλματος στην κάμερα και να διασφαλίσει ότι τα σκουλήκια έγειραν προς τα μέσα πριν κάνουν τα άλματα. Ούτε τα σκουλήκια φάνηκε να παράγουν τη δύναμη άλματος, η οποία υποδεικνύει μια εξωτερική δύναμη στην εργασία.
Για να δούμε αν αυτή η εξωτερική δύναμη είναι τα ηλεκτρικά πεδία, Σούτζι et al. Έκανε ένα άλλο πείραμα. Ενσωμάτωσαν μια τετράγωνη σειρά μικρο-αντηρίδων στην επιφάνεια του άγαρ, μιμούμενοι το φυσικό περιβάλλον του εδάφους. Τοποθέτησαν περίπου 1.500 σκουλήκια σε ένα υπόστρωμα άγαρ και στη συνέχεια τα τοποθέτησαν πάνω από ένα γυάλινο ηλεκτρόδιο. Τοποθέτησαν ένα δεύτερο γυάλινο ηλεκτρόδιο παράλληλα με το πρώτο αλλά χωρισμένο με μικρή απόσταση. Στη συνέχεια προσπάθησαν να μάθουν τι συνέβη. Τα σκουλήκια μετακινήθηκαν στο άλλο ηλεκτρόδιο μόνο όταν εφαρμόστηκε το φορτίο και κινήθηκαν με μέση ταχύτητα 0,86 μέτρα ανά δευτερόλεπτο. Αυτή είναι κοντά στην ταχύτητα του ανθρώπινου περπατήματος και η ταχύτητά τους αυξανόταν καθώς εντάθηκε το ηλεκτρικό πεδίο.
Τέλος, η ομάδα έτριψε γύρη στις μέλισσες για να δημιουργήσει ένα φυσικό ηλεκτρικό φορτίο και τοποθέτησε τις μέλισσες κοντά στα σκουλήκια. Όταν οι μέλισσες πλησίασαν αρκετά, τα σκουλήκια σηκώθηκαν στις ουρές τους και πήδηξαν πάνω στις μέλισσες. Αυτό λειτούργησε ακόμη και με ομάδες σκουληκιών στοιβαγμένες το ένα πάνω στο άλλο, με ένα κακό σκουλήκι υπερφορτωμένο κατά τη μεταφορά.
Ο μηχανισμός μπορεί τώρα να είναι ξεκάθαρος, αλλά ο Σούτζι et al. Δεν είμαι ακόμα σίγουρος πώς ακριβώς λειτουργεί όλο αυτό. Ευτυχώς, C. elegans Είναι ένας τυπικός οργανισμός και η σχέση μεταξύ των γονιδίων, της συμπεριφοράς και της νευρωνικής του δραστηριότητας έχει μελετηθεί εκτενώς. Επομένως, περαιτέρω μελέτες για το ηλεκτρικό πεδίο και τη συμπεριφορά του C. elegans Αναμένεται να παρέχει περισσότερες λεπτομέρειες σχετικά με την ηλεκτρική μυθολογία των μικροοργανισμών».
DOI: Current Biology, 2023. 10.1016/j.cub.2023.05.042 (σχετικά με τα DOI).
Εικόνα καταχώρισης από Current Biology / Chiba et al.