Skjul eller bliv spist, urinkemikalier fortæller mudderkrabber

Psssst, mudderkrabber, tid til at skjule sig, fordi blå krabber kommer for at spise dig! Det er den advarsel byttet får fra rovdyrenes urin, når det spidser med høje koncentrationer af to kemikalier, som forskere har identificeret i et nyt studie.

Ud over afkodning af krabbe-spiser-krabbe-alarmudløser, At udpege disse forbindelser for første gang åbner nye døre til at forstå, hvordan kemikalier usynligt regulerer det marine dyreliv. Indsigt fra undersøgelsen udført af forskere ved Georgia Institute of Technology kan en dag bidrage til bedre forvaltning af krabbe- og østersfiskeri, og hjælpe med at specificere, hvilke forurenende stoffer der forstyrrer dem.

I kystmyrer, disse urinalarmkemikalier, trigonellin og homarin, være med til at regulere den økologiske balance af, hvem der spiser hvor mange af hvem — og ikke kun krabber.

Blå krabber, som er omtrent i håndstørrelse og er seje og stærke, spis mudderkrabberne, som er på størrelse med en sølvdollar, og tyndskallet. Blå krabber spiser også et par østers, men mudderkrabber spiser meget flere østers end de gør. Når blå krabber går efter mudderkrabber, mudderkrabberne gemmer sig og bliver stille, så langt færre østers bliver spist end normalt.

Mennesker er en del af fødekæden, også, spise østers samt blå krabber, der koger en lys orange op. Den blå henviser til farven på markeringer på deres vedhæng, før de er kogt. Dermed, urinkemikalierne fra blåkrabbe påvirker fisk og skaldyrs tilgængelighed for mennesker, såvel.

Rovdyr tisse-tisse hemmeligheder

Det faktum, at blå krabbeurin skræmmer mudderkrabber, var allerede kendt. Mudderkrabber dukker og dækker, når de udsættes for prøver taget i marken og i laboratoriet, også selvom mudderkrabberne ikke kan se de blå krabber endnu. Fordøjelsesprodukter, eller metabolitter, i blå krabbeurin udløser mudderkrabbernes reaktion, hvilket også får dem til selv at stoppe med at søge mad.

"Mudkrabber reagerer stærkest, når blåkrabber allerede har spist andre mudderkrabber, "sagde Julia Kubanek, der stod i spidsen for undersøgelsen sammen med kollega Georgia Tech professor Marc Weissburg. "En ændring i den kemiske balance i blåkrabbeurin fortæller mudderkrabber, at blåkrabber lige har spist deres fætre, " sagde Kubanek.

At finde ud af de to specifikke kemikalier, trigonellin og homarin, der satte alarmsystemet i gang, ud af utallige kandidatmolekyler, er nyt og har været en udfordrende forskningspræstation.

"Mit gæt er, at der er mange hundrede kemikalier i dyrets urin, " sagde Kubanek, som er professor ved Georgia Tech's School of Biological Sciences, i sin skole for kemi og biokemi, og som også er associeret dekan for forskning i Georgia Tech's College of Sciences.

Forskerne anvendte teknologi og metode fra metabolomics, et relativt nyt felt, der hovedsageligt bruges i medicinsk forskning til at identificere små biomolekyler produceret i stofskiftet, der kan tjene som tidlige advarselstegn på sygdom. Kubanek, Weissburg, og førsteforfatter Remington Poulin offentliggjorde deres resultater i ugen den 8. januar, 2017, i journalen Proceedings of the National Academies of Science .

Forskningen blev finansieret af National Science Foundation.

Peedle i en høstak

Trigonellin er blevet undersøgt, om end løst, i nogle sygdomme, og er kendt som en af ​​ingredienserne i kaffebønner, ved stegning, nedbrydes til andre forbindelser, der giver kaffe dens aroma. Homarin minder meget om trigonelline, og, selvom det tilsyneladende er mindre undersøgt, det er også almindeligt.

"Disse kemikalier findes mange steder, "Sagde Kubanek. Men at plukke dem ud af alle de kemikalier i blåkrabbeurin for første gang var som at finde to nåle i en høstak.

Tit, i fortiden, forskere, der forsøger at indsnævre sådanne kemikalier, er startet med at adskille dem i besværlige laboratorieprocedurer og derefter teste dem én ad gangen for at se, om nogen af ​​dem virkede. Der var en god chance for ikke at finde noget.

Georgia Tech-forskerne gik efter alle kemikalierne på én gang, hele høstakken, ved brug af massespektrometri og kernemagnetisk resonansspektroskopi.

"Vi screenede hele den kemiske sammensætning af hver prøve på én gang, "Kubanek sagde." Vi analyserede masser og masser af prøver for at fange kemiske kandidater. "

Krabber er 'vandrende næser'

Forskerne opdagede spidser i omkring et dusin metabolitter, efter at blå krabber spiste mudderkrabber. De testede de tisse -kemikalier, der tilsatte mudderkrabberne, og trigonelline og homarine fik dem tydeligt til at krænke sig.

"Trigonellin skræmmer mudderkrabberne lidt mere, " sagde Kubanek.

Mere specifikt, høje koncentrationer af en af ​​de to gjorde tricket. "Det er klart, at der var et dosisafhængigt respons, "sagde Weissburg, der er professor i Georgia Tech's School of Biological Sciences. "Mudkrabber har udviklet sig til at blive bedre til den forhøjede dosis."

"De fleste krebsdyr er gående næser, " sagde Weissburg. "De opdager kemikalier med sensorer på deres kløer, antenner og endda gangbenene. De forbindelser, vi isolerede, er ret enkle, hvilket tyder på, at de let kan spores forskellige steder på en krabbe. Denne redundans er god, fordi den øger sandsynligheden for, at mudderkrabberne får beskeden og ikke bliver spist."

Økologiske og fiskerimæssige effekter

Evolution bevarede mudderkrabberne med and-og-dæksel-reaktionen på de to kemikalier, hvilket også påvirkede den økologiske balance, dels ved at skubbe blå krabber til at lede efter mere af deres mad andre steder. Men det påvirkede også andre dyrepopulationer.

"Disse kemikalier er svimlende vigtige, " sagde Weissburg. "Duften fra en blå krabbe påvirker potentielt et stort antal mudderkrabber, som alle holder op med at spise østers, og det hjælper med at bevare østersbestanden."

Alt dette påvirker også fødekilder til havfugle og pattedyr:Bare ved virkningerne af to kemikalier, og der er så mange flere kemiske signaler rundt. "Det er svært for os at værdsætte rigdommen i dette kemiske landskab, "Sagde Weissburg.

Efterhånden som forskerne lærer mere, påvirkning af disse systemer kan blive nyttig for økologer og fiskeindustrien.

"Vi kan endda bruge disse kemikalier til at kontrollere østersforbrug fra rovdyr for at hjælpe med at bevare disse levesteder, som er kritiske, eller for at hjælpe østersfarmere. Det er ved at blive vigtigt i Georgiens fiskeri, " sagde Weissburg.

Forurenende stoffer i pesticider og herbicider er kendt for at forstyrre flodmundingers økologi. "Det vil være meget nemmere at teste, hvor stærkt dette er ved at kende specifikke økologiske kemikalier, " sagde Weissburg.

Frygt-o-mon små molekyler

I øvrigt, trigonelline og homarine er ikke feromoner.

"Feromoner er signalmolekyler, der har en funktion inden for samme art, kan lide at tiltrække kammerater, "Kubanek sagde." Og blå krabber og mudderkrabber er ikke den samme art. "

"I dette tilfælde, mudderkrabberne har udviklet sig til kemisk at aflytte de blå krabbers tisse. Du kan kalde trigonelline og homarine frygtfremkaldende signaler."

Identifikation af sådanne metabolitter, også kaldet små molekyler, og deres virkninger er det seneste kapitel i opbygningen af ​​kataloget over livsmolekyler. "Alle kender til det menneskelige genomprojekt, identifikation af genomer; så kom transkriptomer (molekyler, der transskriberer gener), " sagde Kubanek. "Nu er vi ret langt med proteomics (identifikation af proteiner), men vi er lige nu ved at finde ud af metabolomer."