w bardzo uproszczonej wersji łańcucha pokarmowego występującego w jeziorach mikroalgi są zjadane przez pchły wodne zwane Rozwielitkami, które z kolei są zjadane przez ryby. Ale sprawy komplikują się bardzo szybko, jeśli są obserwowane bardziej szczegółowo. Algi uwalniają toksyny do obrony i tworzą długie łańcuchy, aby uniknąć drapieżników (Van Donk et al., 2011), podczas gdy rozwielitki mogą zmieniać kształt lub poruszać się, aby uniknąć zjedzenia przez ryby.
jednym ze sposobów, w jaki Daphnia i inni członkowie zooplanktonu unikają drapieżników, jest przemieszczanie się na różne głębokości jeziora w zależności od pory dnia, strategia znana jako migracja pionowa diela. Jeśli w otaczającej wodzie znajdują się ryby, rozwielitki przemieszczają się w ciemniejsze, głębsze regiony w ciągu dnia, tak aby ryby nie mogły ich zobaczyć (ryc. 1), a w nocy przemieszczają się do górnych warstw słupa wody – gdzie żyją mikroalgi. Jeśli w pobliżu nie ma zbyt wielu ryb, rozwielitki pozostają w pobliżu powierzchni również w ciągu dnia (Lampert, 1989).
pchły wodne rozwielitki zmieniają swoje zachowanie, jeśli obecne są ryby.
po lewej: w ciągu dnia rozwielitki migrują do głębszych, ciemniejszych regionów jeziora, jeśli wykryją sygnały chemiczne zwane kairomonami (Nie pokazane), które są uwalniane przez ryby. Środek: w nocy, gdy ryby nie mogą ich zobaczyć, rozwielitki poruszają się do wody w pobliżu powierzchni, aby zjeść mikroalgi (zielone koła), które są tam obfite. Po prawej: gdy nie ma ryb, nie ma kairomonów do wykrycia, a rozwielitki pozostają w pobliżu powierzchni dzień i noc.
drapieżne gatunki muszą starannie zrównoważyć swoje zasoby. Niepotrzebnie unikanie drapieżników kosztuje energię i może ograniczać dostęp do pożywienia – mikroalgi zjadane przez rozwielitki nie żyją w ciemnych głębinach jeziora – ale przypadkowe spotkanie drapieżnika może być śmiertelne. W rezultacie niektóre gatunki przystosowały się do wykrywania substancji chemicznych uwalnianych przez drapieżniki. Identyfikacja kilku z tych substancji chemicznych, zwanych kairomonami, otworzyła nowe obszary badań w ekologii wodnej, ochronie i akwakulturze(Yasumoto et al., 2005; Selander et al., 2015; Weiss et al., 2018).
poszukiwania kairomonu, który indukuje pionową migrację diela, znanego również jako „czynnik rybny”, trwają od dziesięcioleci, z spektakularnymi niepowodzeniami i błędnymi interpretacjami na drodze (patrz pohnert i von Elert, 2000 do dyskusji). Liczne przeszkody skomplikowały poszukiwania: czynnik ryb występuje w niskich stężeniach w wodzie jeziora, a eksperymenty biologiczne, które mogłyby go zidentyfikować, są problematyczne, ponieważ trudno jest monitorować pionowy ruch rozwielitek w warunkach laboratoryjnych. Teraz w eLife Meike Hahn, Christoph Effertz, Laurent Bigler i Eric von Elert zgłaszają tożsamość tego kairomonu(Hahn et al., 2019).
– którzy mają siedzibę na Uniwersytecie w Kolonii i Uniwersytecie w Zurychu-wykorzystali metodę frakcjonowania opartą na testach biologicznych do identyfikacji czynnika rybnego. Technika zwana wysokosprawną chromatografią cieczową pozwalała na rozdzielenie wody, w której wcześniej inkubowano ryby, na „frakcje”, z których każda zawierała podzbiór substancji chemicznych. Badanie wpływu każdej frakcji na zachowania migracyjne rozwielitek wykazało jedną, która wywołała migrację pionową diela, mimo że ryby nie były obecne. Hahn et al. zidentyfikowano aktywny związek chemiczny jako siarczan 5α-cyprinolu. Tylko pikomolarne stężenia tego związku znajdują się w wodzie zamieszkanej przez ryby, ale nawet te niskie stężenia są wystarczające do zmiany zachowań migracyjnych rozwielitek.
ponieważ uwalnianie kairomonów stawia gatunki drapieżników w niekorzystnej sytuacji, gatunek ofiary może polegać na nich tylko wtedy, gdy drapieżnik nie może wyłączyć produkcji cząsteczki. Tak jest w przypadku siarczanu 5α-cyprinolu, który jest kwasem żółciowym, który odgrywa istotną rolę w trawieniu tłuszczów dietetycznych (Hofmann et al., 2010). Ryby uwalniają siarczan 5α-cyprinolu z jelit, skrzeli i dróg moczowych. Ponieważ cząsteczka ta jest również stabilna w wodzie, niezawodnie wskazuje na obecność ryb Do rozwielitek.
oprócz wielu implikacji dla badań podstawowych, odkrycie, że tylko pikomolarne ilości związku mogą wywołać powszechne reakcje behawioralne w jeziorze, budzi również obawy ekotoksykologiczne. Podczas gdy badamy nasze wody pod kątem metabolitów, które powodują natychmiastową toksyczność, całkowicie ignorujemy fakt, że nietoksyczne dawki tak silnych chemikaliów sygnalizacyjnych mogą również mieć znaczący wpływ na ekosystem. Wymaga to nowej oceny rutynowych procedur stosowanych w monitorowaniu środowiska.
Kairomony nie są jedynymi sygnałami chemicznymi używanymi przez gatunki zamieszkujące jeziora. Feromony (Frenkel et al., 2014), metabolity obronne i cząsteczki, które pomagają gatunkom wzajemnie się wykluczać, przyczyniają się również do skomplikowanych mechanizmów sygnalizacji w ekosystemach wodnych (Berry et al., 2008). Możemy wywnioskować, że te środowiska są naprawdę ukształtowane przez zróżnicowany krajobraz chemiczny, język życia, który dopiero zaczynamy rozumieć.
