Мечохвости: хороше, погане й дивовижне

Коротко:

• Мечохвости існують понад 400 мільйонів років, мають багато очей і блакитну кров.
• Їхню кров використовують для перевірки ліків і медичних пристроїв на небезпечні забруднення.
• Популяціям мечохвостів загрожують вилов для отримання наживки та медичних потреб, зміна клімату й забудова узбережжя.

Що має: (1) предків, які жили разом із динозаврами; (2) багато очей і блакитну кров; (3) допомогло врятувати життя багатьох людей і (4) стало предметом досліджень, що привели до Нобелівської премії? Якщо ви відповіли «мечохвости», то маєте рацію! Мечохвости мешкають у наших океанах і естуаріях понад 400 мільйонів років. Добре, що вони існують так давно, адже нині їхню кров використовують, щоб перевіряти, чи не містять ліки та пристрої, які застосовують у лікарнях, забрудників. Вони також належать до небагатьох морських видів, які спаровуються біля берега, тому за ними легко спостерігати й розглядати всі їхні цікаві частини. Про цих унікальних істот можна розповісти дуже багато, але в цій статті я спробую узагальнити найважливіше.

Де живуть мечохвости?

Викопні рештки свідчать, що мечохвости існували вже 450 мільйонів років тому. Це означає, що вони живуть на Землі довше за більшість сучасних видів. Отже, вони дуже витривалі й можуть долати численні фізіологічні (внутрішні) та екологічні (пов’язані з довкіллям) труднощі. Наприклад, мечохвостів можна зустріти в прибережних водах, затоках та естуаріях від штату Мен до Мексики, тож вони здатні пристосовуватися до дуже широкого діапазону температури води й солоності (рівня солі). Вони навіть можуть виживати без води кілька годин — іноді це трапляється, коли під час сезону нересту їх викидає на пляжі. Хоча найпростіше знайти мечохвостів у середньоатлантичних штатах США, наприклад у Делавері, в затоці Чесапік, вони також живуть уздовж усього Східного узбережжя та в Мексиканській затоці. В Азії трапляються споріднені види, зокрема Tachypleus tridentatus. Якщо ви хочете їх побачити, вирушайте на пляж або берег під час припливу в травні–червні. Якщо знайдете одне з їхніх улюблених місць для спаровування, то побачите сотні мечохвостів, які нерестяться.

Шлюбна поведінка мечохвостів

Навесні, коли вода теплішає, мечохвости переміщуються з глибоких вод, де проводять зиму, на мілководдя, щоб нереститися. Якщо ви знайдете пляж, де це відбувається, під час припливу побачите біля самої води багато мечохвостів. Звідки вони знають, що настав приплив? По-перше, у них є внутрішній циркатидальний годинник [1], приблизно як ваш циркадний (добовий) годинник, який повідомляє, коли наближається приплив. По-друге, вони можуть відчувати зміни глибини води [2]. Навесні та на початку літа мечохвости мігрують до улюблених пляжів і спаровуються під час припливів і вдень, і вночі.

Якщо вам пощастить знайти мечохвостів у місці нересту, ви, ймовірно, помітите, що багато з них тримаються парами. Маленький самець перебуває позаду й чіпляється за більшу самицю спереду (рисунок 1A). Власне, відрізнити самця від самиці можна за тим, що самець має спеціальні придатки, які використовує для цього (рисунок 2). Самці чіпляються до спини самиць, щоб бути готовими запліднити сперматозоїдами яйця, коли самиця відкладе їх у вирите нею гніздо (рисунок 1B). Більшість поодиноких мечохвостів, яких ви побачите, будуть самцями, що шукають самицю. Біля пляжів нересту самців майже завжди більше, ніж самиць. Самці знаходять самиць завдяки поєднанню доброго зору (про це йтиметься далі) та запаху феромонів — хімічних речовин, які виділяють самиці й які приваблюють самців [3].

Самиці мечохвостів відкладають близько 4 000 яєць у неглибоке гніздо (рисунок 3A). У таких місцях, як затока Делавер, де цих тварин особливо багато, яйця є важливим джерелом поживи для перелітних птахів [4]. Приблизно через 3 тижні після відкладання з яєць вилуплюються личинки, які близько 2–4 тижнів плавають у товщі води (рисунок 3B). Приблизно через місяць личинки опускаються на дно, де проведуть решту життя. Вони ростуть, линяючи, тобто скидаючи старий зовнішній скелет (панцир). Тому на березі можна знайти порожні зовнішні скелети мечохвостів. До досягнення статевої зрілості вони линяють близько 16 разів. Після цього, за оцінками, вони можуть прожити ще до 10 років.

Цікаві факти про мечохвостів

У мечохвостів є два бічні очі, які добре помітні, а також кілька простих фоторецепторів, розташованих на передній частині панцира, біля рота (рисунок 2), і на хвостах. Фоторецептори, подібні до паличок і колбочок у ваших очах, виявляють зміни інтенсивності світла й перетворюють цю інформацію на нервові сигнали, які надсилають до мозку. Досліджуючи основні фоторецептори бічних очей мечохвостів, троє науковців відкрили фундаментальні відомості про роботу фоторецепторів і 1967 року отримали за свою працю Нобелівську премію.

Фоторецептори біля рота мечохвоста можна побачити, якщо перевернути його (рисунок 2). Ви також можете помітити, що рот розташований посередині між усіма його ногами. Насправді мечохвости пережовують їжу ритмічними рухами ніг. Побачити, як вони живляться, можна просто перевернувши їх і поклавши до рота щось смачне, наприклад нутрощі мідії чи устриці. У відео 1 показано, як мечохвіст їсть харчову добавку, яку ми для них розробили. Зазвичай мечохвости добувають їжу, риючись у м’яких відкладах, де проводять більшу частину часу. Коли вони не шукають їжу, то зазвичай зариваються в мул, щоб захиститися від потенційних хижаків, хоча нині небагато тварин їдять мечохвостів. Якщо поглянути на їхню останню пару ніг, можна побачити, що вона добре пристосована для проштовхування тіла в м’який ґрунт.

Коли ви перевертаєте мечохвоста, то також помічаєте його зябра (рисунок 2, відео 2), розташовані на нижньому боці черевця. Ці тварини «дихають», ритмічно махаючи зябровими пластинками, до яких прикріплені зябра.

Кров мечохвостів

Коли мечохвости махають зябровими пластинками, щоб «дихати», кров циркулює між пластинками книжкових зябер, а морська вода з киснем проходить над зовнішньою поверхнею зябер і дифундує в кров. (Якщо уважно розглянути зябра, стане зрозуміло, чому їх називають «книжковими зябрами».) Потім кисень зв’язується з дихальним пігментом у крові — гемоціаніном. На відміну від дихального пігменту в наших еритроцитах, який називається гемоглобіном, гемоціанін містить мідь. Тому, зв’язуючись із киснем, він стає блакитним, а не червоним, як гемоглобін, що містить залізо.

Кров мечохвостів також містить речовину, важливу для боротьби з інфекціями. Цю речовину, яку називають лізатом амебоцитів мечохвоста (Limulus amoebocyte lysate, LAL), відкрили 1956 року. LAL дуже бурхливо реагує, коли зустрічається з певними бактеріями, здатними спричиняти небезпечні інфекції в людей. Тому перед тим, як ви отримаєте вакцини, медичні пристрої чи будь-який інший матеріал, який вводять або поміщають у ваше тіло, його спочатку перевіряють за допомогою LAL, щоб переконатися, що він не забруднений цими небезпечними бактеріями.

Як можна уявити, LAL потрібно дуже багато, щоб забезпечити ним усі лікарні країни та світу! Фактично щороку кров беруть більш ніж у 500 000 мечохвостів, щоб добути з неї LAL для біомедичного застосування. На жаль, після вилучення 30% крові гине 20–30% мечохвостів, а багато тих, хто вижив, мають мало енергії [5, 6]. Унаслідок цього вони стають менш активними, а деякі результати наших досліджень показали, що самиці, у яких брали кров, нерестяться лише вдвічі менше разів, ніж самиці, у яких кров не брали [7]. Це може вплинути на їхню здатність розмножуватися й підтримувати стабільну чисельність популяції мечохвостів.

Тому важливо робити все можливе, щоб удосконалювати процес забору крові й зберігати частину мечохвостів для майбутнього. Одне з можливих рішень, яке ми досліджуємо, — годувати їх до або після забору крові, щоб допомогти їм якнайшвидше відновити втрачену кров. Відео, на яке ми посилалися раніше, зняли саме під час годування їх однією із сумішей, які ми розробляємо. Але ще краще рішення, яке вже використовують у деяких країнах, — застосовувати методи молекулярно-біологічних лабораторних досліджень для перевірки на забруднення. Такі методи можуть усунути потребу брати кров у мечохвостів для отримання LAL.

Наживка

Через свої розміри, чисельність і те, що їх легко збирати руками під час нересту, мечохвостів також використовують як наживку для вилову канальцевих рапанів. За оцінками, щороку для цього виловлюють 1 мільйон мечохвостів, і всі вони внаслідок цього гинуть. Наша група працює над створенням наживки для рапанів, яка не потребуватиме мечохвостів, але буде такою ж дешевою та ефективною [8]. Якщо ця робота матиме успіх, вона також допоможе зберегти цей дивовижний вид.

Заходи зі збереження

Схоже, у деяких районах чисельність мечохвостів зменшується, тому тривають заходи, спрямовані на її відновлення та запобігання подібним проблемам в інших регіонах. Хоча частково скорочення чисельності спричинене виловом для наживки та біомедичних потреб, у деяких районах до цього можуть також призводити зміна клімату й забудова узбережжя. У відповідь на цю ситуацію кілька штатів США, зокрема Нью-Йорк, Коннектикут і Род-Айленд, ухвалили закони, які або повністю забороняють, або обмежують вилов мечохвостів. У нещодавньому звіті Відділу морського рибальства штату Массачусетс зазначено, що популяція мечохвостів у цьому районі, схоже, відновлюється, і це добрий знак. Це гарний приклад того, як спостереження за чисельністю виду може допомогти його захистити, адже дає нам попереджувальні сигнали про необхідність краще регулювати стан його популяцій. Що стосується мечохвостів, які живуть на Землі вже 450 мільйонів років, ми не хочемо стати тими, хто відповідатиме за їхнє зникнення!