într-o versiune foarte simplificată a lanțului alimentar găsit în lacuri, microalgele sunt consumate de puricii de apă numiți Daphnia, care la rândul lor sunt mâncați de pești. Dar lucrurile se complică foarte repede dacă sunt observate mai detaliat. Algele eliberează toxine pentru a se apăra și formează lanțuri lungi pentru a se sustrage prădătorilor (Van Donk și colab., 2011), în timp ce Daphnia își poate schimba forma sau se poate deplasa pentru a evita să fie mâncată de pești.
o modalitate prin care Daphnia și alți membri ai zooplanctonului evită prădătorii este mutarea în diferite adâncimi ale lacului în funcție de ora din zi, o strategie cunoscută sub numele de migrație verticală diel. Dacă apa din jur conține pește, Daphnia se deplasează în regiuni mai întunecate și mai adânci în timpul zilei, astfel încât peștele să nu le poată vedea (Figura 1) și se deplasează în straturile superioare ale coloanei de apă – unde trăiesc microalge – noaptea. Dacă nu sunt mulți pești în apropiere, Daphnia rămâne lângă suprafață și în timpul zilei (Lampert, 1989).
puricii de apă Daphnia își schimbă comportamentul dacă sunt prezenți pești.
stânga: în timpul zilei, Daphnia migrează spre regiuni mai adânci și mai întunecate ale lacului dacă detectează semnale chimice numite kairomone (nu sunt prezentate) care sunt eliberate de pești. Mijloc: noaptea, când peștii nu le pot vedea, Daphnia se deplasează până la apa de lângă suprafață pentru a mânca microalge (cercuri verzi) care sunt abundente acolo. Corect: când nu sunt prezenți pești, nu există kairomoni de detectat, iar Daphnia rămâne lângă suprafață zi și noapte.
speciile de pradă trebuie să-și echilibreze cu atenție resursele. Evitarea inutilă a prădătorilor costă energie și poate restricționa accesul la hrană – microalgele consumate de Daphnia nu trăiesc în adâncurile întunecate ale lacului – dar întâlnirea accidentală cu un prădător poate fi fatală. Ca urmare, unele specii s-au adaptat pentru a detecta substanțele chimice eliberate de prădători. Identificarea mai multor dintre aceste substanțe chimice, numite kairomone, a deschis noi domenii de cercetare în ecologia acvatică, conservarea și Acvacultura (Yasumoto și colab., 2005; Selander și colab., 2015; Weiss și colab., 2018).
căutarea kairomonei care induce migrația verticală diel, cunoscută și sub numele de ‘factorul de pește’, este în desfășurare de zeci de ani, cu eșecuri spectaculoase și interpretări greșite pe drum (vezi Pohnert și von Elert, 2000 pentru o discuție). Numeroase obstacole au complicat căutarea: factorul de pește apare în concentrații scăzute în apa lacului, iar experimentele de biotestare care l-ar putea identifica sunt problematice, deoarece este dificil să se monitorizeze mișcarea verticală a daphniei într-un cadru de laborator. Acum, în eLife, Meike Hahn, Christoph Effertz, Laurent Bigler și Eric von Elert raportează identitatea acestui kairomon (Hahn și colab., 2019).
Hahn și colab. – care au sediul la Universitatea din Koln și Universitatea din Zurich-a folosit o metodă de fracționare ghidată de Biotest pentru a identifica factorul de pește. O tehnică numită cromatografie lichidă de înaltă performanță a permis separarea apei în care peștii fuseseră incubați anterior în fracțiuni care conțineau fiecare un subset de substanțe chimice. Examinarea efectului fiecărei fracții asupra comportamentului de Migrație al daphniei a relevat unul care a indus migrația verticală diel, chiar dacă peștii nu erau prezenți. Hahn și colab. s-a identificat substanța chimică activă ca 5 sulfat de Ciprinol-citrinol. Numai concentrațiile picomolare ale acestui compus se găsesc în apa locuită de pești, dar chiar și aceste concentrații scăzute sunt suficiente pentru a schimba comportamentul de Migrație al daphniei.
deoarece eliberarea kairomonilor plasează speciile de prădători în dezavantaj, o specie de pradă se poate baza pe ele numai dacă prădătorul nu poate opri producția moleculei. Acesta este cazul pentru 5 sulfat de citrinol, care este un acid biliar care joacă un rol esențial în digerarea grăsimilor dietetice (Hofmann și colab., 2010). Peștii eliberează 5 sulfați de Ciprinol din intestin, branhii și tractul urinar. Deoarece această moleculă este, de asemenea, stabilă în apă, indică în mod fiabil prezența peștilor în Daphnia.
pe lângă numeroasele implicații pentru cercetarea de bază, constatarea că numai cantitățile picomolare ale unui compus pot declanșa răspunsuri comportamentale pe scară largă într-un lac ridică, de asemenea, preocupări ecotoxicologice. În timp ce cercetăm apele noastre pentru metaboliții care provoacă toxicitate imediată, ignorăm complet faptul că dozele non-toxice ale unor astfel de substanțe chimice de semnalizare extrem de puternice pot avea, de asemenea, un efect substanțial asupra unui ecosistem. Aceasta necesită o nouă evaluare a procedurilor de rutină utilizate în monitorizarea mediului.
Kairomonii nu sunt singurele semnale chimice utilizate de speciile care locuiesc în lacuri. Feromoni (Frenkel și colab., 2014), metaboliții și moleculele de apărare care ajută speciile să se depășească reciproc contribuie, de asemenea, la mecanismele complicate de semnalizare din ecosistemele acvatice (Berry și colab., 2008). Putem concluziona că aceste medii sunt într-adevăr modelate de un peisaj chimic divers, un limbaj al vieții pe care abia începem să-l înțelegem.
