i en mycket förenklad version av livsmedelskedjan som finns i sjöar äts mikroalger av vattenloppor som kallas Daphnia, som i sin tur äts av fisk. Men saker blir komplicerade mycket snabbt om de observeras mer detaljerat. Alger släpper ut toxiner för att försvara sig och bildar långa kedjor för att undvika rovdjur (Van Donk et al., 2011), medan Daphnia kan ändra form eller flytta för att undvika att ätas av fisk.
ett sätt att Daphnia och andra medlemmar av djurplankton undviker rovdjur är att flytta till olika djup i sjön beroende på tid på dagen, en strategi som kallas diel vertikal migration. Om det omgivande vattnet innehåller fisk flyttar Daphnia till mörkare, djupare områden under dagen, så att fisken inte kan se dem (Figur 1) och flyttar till de övre skikten i vattenkolonnen – där mikroalgerna lever – på natten. Om det inte finns många fiskar i närheten, stannar Daphnia också nära ytan under dagen (Lampert, 1989).
Daphnia vattenloppor förändrar sitt beteende om fisk är närvarande.
vänster: under dagen flyttar Daphnia till djupare, mörkare områden i sjön om de upptäcker kemiska signaler som kallas kairomoner (visas inte) som frigörs av fisk. Mitten: på natten, när fisk inte kan se dem, flyttar Daphnia upp till vattnet nära ytan för att äta mikroalgerna (gröna cirklar) som är rikliga där. Höger: när ingen fisk är närvarande finns det inga kairomoner att upptäcka, och Daphnia stannar nära ytan dag och natt.
Rovarter måste balansera sina resurser noggrant. Onödigt att undvika rovdjur kostar energi och kan begränsa tillgången till mat – mikroalgerna som äts av Daphnia lever inte i de mörka djupen i sjön – men av misstag kan det vara dödligt att stöta på ett rovdjur. Som ett resultat har vissa arter anpassat sig för att upptäcka kemikalier som frigörs av rovdjur. Identifieringen av flera av dessa kemikalier, kallade kairomoner, har öppnat nya forskningsområden inom akvatisk ekologi, bevarande och vattenbruk (Yasumoto et al., 2005; Selander et al., 2015; Weiss et al., 2018).
sökandet efter kairomon som inducerar diel vertikal migration, även känd som ’fiskfaktorn’, har pågått i årtionden, med spektakulära misslyckanden och feltolkningar på vägen (se Pohnert och von Elert, 2000 för en diskussion). Många hinder har komplicerat sökningen: fiskfaktorn förekommer i låga koncentrationer i sjövatten och bioanalysexperiment som kan identifiera det är problematiska eftersom det är svårt att övervaka den vertikala rörelsen av Daphnia i en laboratorieinställning. Nu, i eLife, Meike Hahn, Christoph Effertz, Laurent Bigler och Eric von Elert rapporterar identiteten på denna kairomon (Hahn et al., 2019).
Hahn et al. – som är baserade vid universitetet i Köln och Universitetet i Zurich – använde en bioassaystyrd fraktioneringsmetod för att identifiera fiskfaktorn. En teknik som kallas högpresterande vätskekromatografi tillät vatten där fisk tidigare hade inkuberats för att separeras i ’fraktioner’ som var och en innehöll en delmängd av kemikalier. Att undersöka effekten av varje fraktion på migrationsbeteendet hos Daphnia avslöjade en som inducerade diel vertikal migration trots att fisk inte var närvarande. Hahn et al. identifierade den aktiva kemikalien som 5 msk-cyprinolsulfat. Endast picomolära koncentrationer av denna förening finns i vatten bebodd av fisk, men även dessa låga koncentrationer är tillräckliga för att förändra migrationsbeteendet hos Daphnia.
eftersom frisättningen av kairomoner placerar rovdjursarter i en nackdel kan en bytesart bara lita på dem om rovdjuret inte kan stänga av produktionen av molekylen. Detta är fallet för 5 kcal-cyprinolsulfat, vilket är en gallsyra som spelar en viktig roll för att smälta dietfetter (Hofmann et al., 2010). Fisken släpper ut 5 msk-cyprinolsulfat från tarmen, gälarna och urinvägarna. Eftersom denna molekyl också är stabil i vatten, indikerar den pålitligt närvaron av fisk till Daphnia.
förutom de många implikationerna för grundforskning, kan upptäckten att endast picomolära mängder av en förening utlösa utbredda beteendemässiga svar i en sjö också väcka ekotoxikologiska problem. Medan vi undersöker våra vatten för metaboliter som orsakar omedelbar toxicitet, ignorerar vi helt det faktum att giftfria doser av sådana mycket potenta signalkemikalier också kan ha en väsentlig effekt på ett ekosystem. Detta kräver en ny utvärdering av de rutinmässiga förfaranden som används vid miljöövervakning.
Kairomoner är inte de enda kemiska signalerna som används av de arter som bor i sjöar. Feromoner (Frenkel et al., 2014), försvarsmetaboliter och molekyler som hjälper arter att konkurrera ut varandra bidrar också till de invecklade signalmekanismerna i akvatiska ekosystem (Berry et al., 2008). Vi kan dra slutsatsen att dessa miljöer verkligen formas av ett mångsidigt kemiskt landskap, ett livsspråk som vi bara börjar förstå.
