I "palazzi moccio" sottomarini dei larvacei vantano un impianto idraulico elaborato

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Le scansioni laser subacquee hanno rivelato nuovi dettagli su come le creature marine chiamate larvacee giganti si nutrono agitando una coda sottile all'interno di una nuvola di moccio.

Ma che nuvola è. Un larvace gigante produce per sé un'elaborata casa di muco che il bioingegnere Kakani Katija del Monterey Bay Aquarium Research Institute in California a volte chiama un "palazzo del moccio". Le meraviglie del muco emergono dalle teste di quattro specie di larvacei giganti senza spina dorsale, grosso modo a forma di girino, che vivono nelle profondità del crepuscolo della baia.

Per studiare un'architettura così fragile, Katija e colleghi hanno lavorato a un sistema di imaging laser robotico chiamato DeepPIV. Rileva i flussi d'acqua all'interno delle nuvole di muco e consente ai ricercatori di capire la struttura tridimensionale interna del palazzo. Le più recenti ricostruzioni del flusso suggeriscono come i condotti interni, le camere e le valvole, tutti fatti di muco, aiutino a raccogliere batteri e altre particelle di cibo idonee dalla zuppa di acqua di mare normalmente debole, Katija e colleghi riportano il 3 giugno su Nature.

In questa illustrazione di un sistema di imaging DeepPIV, una telecamera può penzolare di fronte alle strutture del muco larvaceo in natura per tracciare il complesso flusso d'acqua attraverso gli scivoli e le valvole troppo fragili per raggiungere la superficie del mare intatte. Kim Fulton-Bennett © 2017 MBARI

Animali fragili e sottili come questi "non si prestano ai metodi di studio tradizionali", afferma l'ecologa Kelly Sutherland, dell'Università dell'Oregon a Eugene, che non è stata coinvolta nella ricerca. Il suo laboratorio si concentra anche su animali gelatinosi che "tendono a cadere a pezzi non appena provi a raccoglierli". Anche alcune questioni di biologia di base in tali creature rimangono questioni aperte. Quindi escogitare modi per studiare una specie velata viva nella sua casa acquosa è il modo per far avanzare la scienza.

Nel costruire quelle case, i larvacei ricordano a Katija un po 'di ragni. Molti animali costruiscono case e trappole, ma larvacei e ragni sono tra i pochi che non raccolgono materiale da costruzione né scavano e scolpiscono il terreno. Invece, secernono tutta la loro architettura.

E proprio come un ragno che tesse una ragnatela ogni giorno, si pensa che i larvacei costruiscano e rifacano le loro case di muco (SN: 5/4/17). Una goccia di muco di dimensioni millimetriche si forma sulla testa di un larvace. Quindi il blob può gonfiarsi in una casa finita in 45 minuti.

Quando è completamente gonfio, un muco interno ricurvo e paffuto culla il larvace mentre la coda frusciante dell'animale pompa l'acqua di mare attraverso la struttura. A racchiudere tutto questo impianto idraulico e l'animale accoccolato contro di esso si trova il grande involucro fluttuante della casa esterna. Un larvace crea l'intero palazzo, anche muri a coste e intricati scivoli, senza braccia o gambe o anche un muso che dà forma al muco o spinge le parti insieme.

Le scansioni laser subacquee hanno rivelato i complessi canali idraulici che costituiscono la parte interna della sede del muco di un larvaceo. Quelle tubature aiutano a filtrare e concentrare le particelle commestibili dall'acqua di mare. © 2002 MBARI

I ricercatori avevano precedentemente proposto che la casa esterna, che può estendersi fino a un metro in giganti più grandi, filtra i pezzi di detriti più grandi che potrebbero ostruire le opere interne. Ora Katija ei suoi colleghi propongono altri usi.

La casa esterna potrebbe proteggere i larvacei al suo interno dagli animali pungenti che si diffondono nell'acqua aperta. Quel muco avvolgente potrebbe anche funzionare come mantello dell'invisibilità. All'interno, la coda del larvace manda l'acqua di mare a fluire attraverso i canali della casa interna. Nella penombra in cui vivono i larvacei, tuttavia, i movimenti dell'acqua possono suggerire a un pesce affamato la possibilità di un pranzo larvaceo nelle vicinanze. Tuttavia, nel momento in cui l'acqua espulsa riesce a superare la sede esterna del muco, il movimento è rallentato di tre ordini di grandezza. Un predatore potrebbe non preoccuparsi di indagare.

Per studiare i percorsi dell'acqua attraverso le case esterne ed interne, i ricercatori hanno abbassato il sistema di imaging laser per scansionare una serie di viste in sezione trasversale di larvacei viventi che fluttuano liberi nella baia di Monterey. L'analisi delle velocità delle particelle che si muovono in questo modo e in quella nei punti delle scansioni della sezione trasversale ha permesso agli scienziati di capire la struttura elaborata.

Mentre l'acqua di mare pulsa attraverso questo impianto idraulico, il flusso di particelle di cibo diventa più concentrato mentre si avvicina alla bocca dell'animale. Come sottolinea Katija, un bioingegnere interessato a trarre ispirazione dal design dalla natura, questi animali hanno sviluppato un sistema di filtraggio gonfiabile.

Le nuove intuizioni sulla struttura interna sono una buona notizia per Russell Hopcroft, ecologo dello zooplancton dell'Università dell'Alaska Fairbanks. Ha usato uno strumento di imaging in qualche modo simile la scorsa estate nel Golfo dell'Alaska e riesce a pensare a molte creature fragili e sottili che gli piacerebbe scansionare. I larvacei di Monterey Bay, tuttavia, hanno una risonanza speciale: "Ci siamo grattati molto la testa quando ero un postdoc … oltre 20 anni fa cercando di capire questa struttura 3-D".