Lasere kaster lys over det gigantiske larvedyrs indre virke

Ny laserteknologi giver MBARI-forskere mulighed for at se på strukturen af ​​gigantiske larver-haletudselignende havdyr, der er vigtige spillere i havets økosystemer. I en nylig avis i Videnskabens fremskridt , MBARI-forskere beskrev en ny metode til at måle strømmen af ​​havvand gennem larver og andre gelatinøse dyr. Resultaterne vil hjælpe forskerne med at forstå, hvor meget kuldioxid havene absorberer fra atmosfæren.

Larvaker spiller en væsentlig rolle i at flytte kulstof fra den øvre del af havet ned i dybhavet. De bygger ballonlignende slimstrukturer kaldet "huse, " som koncentrerer mad ved at filtrere små partikler ud af det omgivende havvand. Disse partikler indeholder organisk kulstof, hvoraf nogle opstod som kuldioxid i atmosfæren.

Over tid bliver deres filtre overbelastede med partikler, og larven forlader sit hus. De kasserede huse kollapser og synker hurtigt til havbunden, transporterer kulstof ud i dybhavet. En gang på havbunden, dette kulstof forbruges af dyr eller begraves i havbundens sediment. Det begravede kulstof vil sandsynligvis blive fjernet fra atmosfæren i millioner af år.

Fordi gigantiske larver kun er centimeter lange, men byg huse, der kan være en meter på tværs, de er en udfordring at studere. Intakte larvehuse er næsten umulige at samle i et net eller en krukke, eller til at indeholde i et laboratorieakvarium. Når de driver ind i et solidt net eller en væg, husene falder fra hinanden.

I stedet for at prøve at bygge en tank stor nok til at rumme en kæmpe larve og dens hus, MBARI-postdoktor Kakani Katija har undersøgt måder at studere larver i det åbne hav, ved hjælp af en teknik kaldet partikelbilledhastighed (PIV). PIV-systemer er blevet brugt i laboratorier i årtier til at observere og måle komplekse vandstrømningsmønstre såsom strømme, hvirvler, og hvirvler.

I 2015 satte Katija sig for at tilpasse et PIV-system til brug i dybhavet. Hendes "DeepPIV" system består af en laser, der udsender et tyndt lysark, og et videokamera, der optager små partikler i vandet, som lyser op af laseren, når de passerer gennem dette lysark. Arbejder med MBARI-ingeniører Alana Sherman, Dale Graves, og Chad Kecy, Katija monterede laseren og videokameraet på MBARI's MiniROV, et lille fjernbetjent køretøj (ROV).

Senere samme år sluttede Katija sig til seniorforsker Bruce Robison og resten af ​​DeepPIV-teamet i deres første felttest, bruge MiniROV til at dykke 1, 200 meter (4, 000 fod) under overfladen af ​​Monterey Bay.

Da holdet opdagede deres første kæmpe larve, ROV-piloten tændte for laserne, slukkede ROV'ens lys, og holdt ROV'en på plads, mens et ark laserlys scannede gennem larvens krop og hus. Nogle af forskerne på krydstogtet havde studeret gigantiske larver i årevis, men da laseren tændte, pludselig kunne de se kamre og gange i larvens hus, som de aldrig vidste eksisterede.

"Vi var alle chokerede over, hvor godt det fungerede, " sagde Katija. "Der var en masse oohing og aahing i kontrolrummet. Det var ikke kun forskerne, der var chokerede og forbløffede - det var alle på forskningsfartøjet."

Robison kommenterede, "DeepPIV gav os mulighed for at se ind i en kompleks struktur, som vi kun havde set udefra før. Som et resultat, vi lærte mere om gigantiske larver under et enkelt dyk, end vi havde i de foregående par årtier."

Til sidst var Katija i stand til at videofilme strømmen af ​​partikler i husene hos 24 gigantiske larver i løbet af 13 forskellige ROV-dyk. Analyserer optagelserne fra disse dyk, Katija målte, hvor hurtigt partiklerne bevægede sig. Ud fra disse oplysninger kunne hun beregne, hvor meget vand larvene filtrerede gennem deres huse.

Katijas beregninger viste, at hver kæmpe larve i Monterey Bay kunne filtrere op til 76 liter (20 gallons) vand i timen. Dette er fire gange højere end tidligere estimater for gigantiske larver og fem gange højere end filtreringshastigheder af andre gelatinøse filterfødere i åbent hav, såsom salper.

Ved at koble hendes filtreringsestimater med MBARI's langtidsdata om overfloden af ​​gigantiske larver i forskellige dybder, Katija beregnede den samlede mængde vand filtreret af gigantiske larver i Monterey Bay. I forårsmånederne, når de er flest, Katija vurderede, at larver kunne filtrere alt vandet mellem 100 og 300 meter i Monterey Bay på så lidt som 13 dage. Det svarer til 500 olympiske svømmebassiner i timen.

Katijas forskning viser, at larver spiller en endnu større rolle, end forskerne tidligere havde troet, for at fjerne kulstof fra overfladehavet. I hendes papir, hun bemærkede, at DeepPIV også kunne bruges til at måle filtrationshastigheder for andre midwater-dyr. Disse data vil hjælpe forskerne med at forstå, hvor meget kulstof dybhavsdyr fjerner fra havene og (indirekte) fra atmosfæren. Sådan information er afgørende for at forbedre computermodeller for klimaændringer.

Efter at have fulgt op på hendes første succes med DeepPIV, Katija har samarbejdet med MBARI-biologen Jim Barry for at forstå, hvordan dybhavskoraller og -svampe samler små madpartikler båret af havstrømme. "Nu hvor DeepPIV er tilgængelig for det oceanografiske samfund, " sagde Katija, "det åbner op for alle mulige muligheder."