Кіріспе
Антарктикалық крил (Euphausia superba) – Оңтүстік мұхиттың Антарктика суларында кездесетін крилдің бір түрі. Ол – ірі топтарда тіршілік ететін, кішкентай, жүзуге қабілетті қабықты жануар. Кейде олардың тығыздығы бір текше метрге 10 000–30 000 жеке организмге дейін жетеді. Ол тікелей ұсақ фитопланктонмен қоректенеді, осы арқылы фитопланктон күннен алған бастапқы өндірістік энергияны пелагикалық (ашық мұхит) өмір циклын жалғастыру үшін пайдаланады. Оның ұзындығы , салмағы және өмір сүру мерзімі 6 жылға дейін созылуы мүмкін. Бұл Антарктика экожүйесіндегі маңызды түр және биомасса бойынша планетадағы ең көп кездесетін жануарлардың бірі – шамамен .
Antarctic krill (Euphausia superba) is a species of krill found in the Antarctic waters of the Southern Ocean. It is a small, swimming crustacean that lives in large schools, called swarms, sometimes reaching densities of 10,000–30,000 individual animals per cubic metre. It feeds directly on minute phytoplankton, thereby using the primary production energy that the phytoplankton originally derived from the sun in order to sustain their pelagic (open ocean) life cycle. It grows to a length of , weighs up to , and can live for up to six years. It is a key species in the Antarctic ecosystem and in terms of biomass, is one of the most abundant animal species on the planet approximately .
Өмірлік цикл
Антарктикалық крилдің негізгі шаруашылық мерзімі қаңтардан наурызға дейін, континенттік шельфтен жоғары және терең мұхит аймақтарының жоғарғы бөлігінде болады. Барлық крилдерге тәндей, аталық сперматофорды аналықтың жыныс ашылуына бекітеді. Осы мақсатта, аталықтың алғашқы плеоподалары (ауысқа бекітілген аяқтары) жұптасу құралы ретінде құрылған. Аналықтары бір ретте 6000–10000 жұмыртқа салады. Олар жыныс ашылуынан шыққанда ұрықтанады. Атақты британдық зерттеу кемесі RRS Discovery экспедициясының нәтижелерінен туындаған Марриозис Де'Абртонаның классикалық гипотезасына сәйкес, жұмыртқаның дамуы келесідей жүреді: гаструляция (ұрықтың эмбрионға дамуы) жұмыртқалар төмен түскенде шельфте, мұхит аймақтарында белгілі бір тереңдікте басталады. Жұмыртқа науплиус дернәсілі ретінде шығады; ол метанауплиусқа айналғаннан кейін, жас жануар дамуға қарай көтерілу деп аталатын көші-қонда бетке қарай жылжуды бастайды. Келесі екі дернәсіл сатысы, екінші науплиус және метанауплиус деп аталады, олар әлі тамақтанбайды, бірақ қалған сарысымен қоректенеді. Үш аптадан кейін жас крил көтерілуді аяқтайды. Олар судың тереңдігінде литріне 2-ге дейін жететін үлкен санымен кездеседі. Өскен сайын, қосымша дернәсіл сатылары (екінші және үшінші калиптопис, біріншіден алтыншы фурцилияға дейін) келеді. Олар қосымша аяқтардың, күрделі көздердің және қылшықтардың (жіпшелердің) дамуымен сипатталады. Жас крил ересектердің пішініне ұқсайды. Крилл 2-3 жылдан кейін жетіледі. Барлық қабықшалылар сияқты, крилл да өсу үшін түлеуі керек. Шамамен 13–20 күнде крилл хитинді экзоскелетін түсіріп, оны экзувия ретінде қалдырады.
Тағам
Е. superba-ның ішегі мөлдір терісі арқылы көрінетін жасыл түспен жарқырайды. Бұл түр негізінен фитопланктонмен қоректенеді, әсіресе өте кішкентай (20 мкм) диатомды жәндіктермен, оларды судан азық себеті арқылы сүзіп алады. Диатомның шыны тәрізді қабықшалары асқазанда ұсатылып, гепатопанкреаста қорытылады. Крилл сонымен қатар бауырымен жүретін, екі аяқты және басқа да шағын зоопланктонды ұстап жей алады. Ішек тік түтік тәрізді болады; оның қорыту тиімділігі жоғары емес, сондықтан нәжісте әлі де көп көміртек қалдығы бар. Антарктикалық крилдің (E. superba) асқазан мен ортаңғы ішегінде диатомдардың хитинозды тікендерін ыдырату үшін хитинолиттік ферменттер болады, ал қосымша ферменттер оның әртүрлі тамақтануына байланысты өзгеруі мүмкін. Аквариум жағдайында крилдер бір-бірін жейтіні байқалған. Олар тамақтанбағанда, қабыршақтанудан кейін кішірейеді, бұл осы мөлшердегі жануарлар үшін ерекше жағдай. Бұл, мұз астындағы қараңғы қыс айларында тамақ көзінің шектелуіне бейімделу болуы мүмкін. Дегенмен, жануардың күрделі көзі кішіреймейді, сондықтан көздің мөлшері мен дене ұзындығы арақатынасы аштықтың сенімді көрсеткіші болып табылады. Жақсы тамақтанған крилдің көздері дене ұзындығына пропорционал болса, аш крилдің көздері қалыптыдан үлкен болып көрінеді.
Сүзгімен қоректендіру
Антарктикалық крилл өте ұсақ фитопланктон жасушаларын тікелей жұтады, мұндайды криллдің мөлшеріндегі басқа жануарлар істей алмайды. Бұл сүзу арқылы іске асырылады, криллдің өте дамыған алдыңғы аяқтары тиімді сүзгі құрылғысын құрайды: алты торакпод (кеудеге бекітілген аяқтар) ашық судағы фитопланктонды жинау үшін қолданылатын "тағам себетін" жасайды. Ең ұсақ аймақтарда осы себеттің ашық тесігінің диаметрі 1 мкм ғана. Тамақ концентрациясы төмен болғанда, тағам себеті ашық күйде жарты метрден астам қашықтыққа су арқылы итеріледі, содан кейін балдырлар торакподтардың ішкі жағындағы арнайы кірпікшелермен (қылдармен) ауызға дейін жиналады.
Мұз балдырларын тазалау
Антарктикалық крил мұздың астыңғы жағындағы жасыл мұз балдырларын қырып ала алады. Крилл торакоподтарының ұштарында тарақ сияқты сеталардың арнайы қатарлары қалыптасқан, және олар мұзды зигзаг қозғалыспен жайылымдайды. Бір крил шамамен 10 минутта бір шаршы фут аумақты тазарта алады (1,5 см²/секунд). Жақындағы жаңалықтар мұз балдырларының қабықшасының кең аумақтарда жақсы дамығанын, көбінесе төмендегі су қабатына қарағанда көміртегінің мөлшері көп екенін көрсетті. Крилл осы жерде мол энергия көзін табады, әсіресе қыс айларында тамақ көзі шектеулі болғаннан кейін, көктемде.
Биологиялық сорғы және көміртекті ұстау
Криллдің аралас беттік сулардан 100 метр тереңдікке дейін күніне бірден үш ретке дейін тік көшіп-қонуы мүмкін деп есептеледі. Крилл өте ұқыпсыз тамақтанады, көбінесе миы бір-біріне жабысқан мыңдаған жасушадан тұратын фитопланктон жиынтығын (жасуша шары) түкіріп шығарады. Одан әрі, ол диатомдардың шыны қабықтарын қамтитын, әлі де маңызды көміртегі мөлшерін сақтайтын фекальдық тізбектерді де шығарады. Екеуі де ауыр болып, тез арада тереңдікке шөгеді. Бұл процесс биологиялық сорғы деп аталады. Антарктика айналасындағы сулар өте терең болғандықтан, олар көмірқышқыл газын сіңіретін орын қызметін атқарады: бұл процесс биосферадан үлкен мөлшерде көміртегіні (бекітілген көмірқышқыл газ, CO2) шығарып, оны шамамен 1000 жылға дейін тоқтата тұрады. Егер фитопланктон пелагикалық экожүйенің басқа компоненттерімен тұтылса, көміртегінің көп бөлігі мұхиттың үстіңгі қабаттарында қалады. Бұл процесс планетадағы ең ірі биокері байланыс механизмдерінің бірі, тіпті ең үлкені болуы мүмкін, оны алып биомасса басқарады деген пікір бар. Оңтүстік мұхитының экожүйесін мөлшерлеу үшін тағы да зерттеулер қажет.
Биолюминесценция
Криллді көбінесе жарық креветка деп атайды, өйткені олар биолюминесценттік органдар арқылы жарық шығарады. Бұл мүшелер крилдің денелерінің әртүрлі бөліктерінде орналасқан: бір жұп мүшелер көз сабағында (салдар. жоғарыдағы бас суретінде), екінші және жетінші торакоподтардың жамбасында тағы бір жұп, ал төрт плеонстернитте жеке мүшелер бар. Бұл жарық мүшелері 2–3 секундқа дейін кезең-кезеңмен сары-жасыл жарық шығарады. Олар соншалықты дамыған деп саналады, оларды тікелей фонарьмен салыстыруға болады. Органның артқы жағында жарықтың қуыс рефлекторы және алдыңғы жағында линза орналасқан, олар жарық шығаруға бағыттайды. Бүкіл орган бұлшықеттер арқылы айналуға қабілетті, бұл жарықты нақтылы аймаққа бағыттауға мүмкіндік береді. Бұл жарықтардың функциясы әлі толыққанды түсіндірілмеген; кейбір гипотезалар бойынша, олар крилдің көлеңкесін жасыруға арналған, осылайша олар төменнен жыртқыштарға көрінбейді; басқа болжамдар бойынша, олар түнде жұптасу немесе үйірлесу кезінде маңызды рөл атқарады. Криллдің биолюминесценттік органдарында бірнеше флуоресценттік заттар бар. Басты компонент 355 нм толқындағы қоздыруда және 510 нм толқындағы сәуле шығаруда максималды флуоресценцияны көрсетеді.
Қашу реакциясы
Крилл жыртқыштардан қашу үшін қашу реакциясын пайдаланады, өте жылдам артқа қарай жүзуге арқа жағын иіп, секіріп жүзеді. Бұл жүзу әрекеті лобстеринг деп те аталады. Крилл сағатына [мәнді қосу керек] жылдамдыққа жете алады, ал оптикалық стимулға реакция беру уақыты, төмен температураға қарамастан, бар болғаны 55 мс құрайды.
Геном
Е. superba геномінің көлемі шамамен 48 ГБ-қа тең, сондықтан ол жануарлар әлеміндегі ең ірі геномдардың бірі және бүгінгі күнге дейін құрастырылған ең ірісі болып табылады. Оның қайталанатын ДНҚ құрамы шамамен 70%-ты құрайды және қосымша қайталауларды белгілеуден кейін 92,45%-ға дейін жете алады, бұл кез келген геномдағы ең үлкен үлес болып табылады. Полиплоидияға қатысты дерек жоқ. Шао және авторлар тобы Антарктикалық крилдің геномында 28 834 белокты кодтайтын генді анықтады, бұл басқа жануарлар геномдарымен салыстырғанда ұқсас. Антарктикалық крилдің гендері мен интрон ұзындығы өкпелі балықтар мен мексикалық аксолотлдың гендерінен едәуір қысқа.
Географиялық таралуы
Антарктикалық крилдің циркумполярлық таралуы бар, ол бүкіл Оңтүстік мұхитта және солтүстікке қарай Антарктика конвергенциясына дейін кездеседі. Антарктика конвергенциясында Антарктиканың суық беттік сулары жылы суантарктикалық сулардың астына батып кетеді. Бұл фронт шамамен 55° оңтүстік бойымен өтеді; одан континентке дейін Оңтүстік мұхит 32 миллион шаршы километрді алып жатыр. Бұл Солтүстік теңізінен 65 есе үлкен. Қыста осы аумақтың үштен екі бөлігінен астамы мұзбен қапталады, ал жазда мұз жамылғысы азаяды. Су температурасы ауытқиды. Батыс жел ағысының әсерімен беткі қабаттар Антарктиданы шығысқа қарай айналып өтеді. Континентке жақын жерлерде Шығыс жел ағысы сағат тіліне қарсы бағытта жүреді. Екеуінің арасындағы фронтта, мысалы, Ведделл теңізінде ірі айналымдар пайда болады. Криллдер осы су массаларымен бірге қозғалып, Антарктиданың айналасында біртұтас популяцияны құрайды, геналық алмасу бүкіл аумақта жүзеге асады. Қазіргі уақытта миграция үлгілері туралы білім аз, өйткені жеке криллдерді таңбалау және олардың қозғалысын қадағалау мүмкін емес. Ең ірі үйірмелер ғарыштан көрінеді және спутниктер арқылы бақыланады. Бір үйірме мұхиттың ауданын алып, тереңдігіне дейін жетіп, 2 миллион тоннадан астам криллден тұрады деп есептелді. Жақындағы зерттеулер криллдің осы ағымдарда пассивті түрде ғана емес, оларды өзгертетінін көрсетті. Крилл киттерге, теңіз түлкілеріне (мысалы, леопард теңіз түлкілері, жүнді теңіз түлкілері және краб жейтін теңіз түлкілері), қаламбарларға, мұз балықтарына, пингвиндерге, альбатростарға және көптеген басқа да құстарға маңызды тамақ көзі болып табылады. Крабо жейтін теңіз түлкілері осы мол тамақ көзіне бейімделу үшін арнайы тістерді дамытқан: оның ерекше көп бөлікті тістері судан криллді сүзуге мүмкіндік береді. Оның тістері өте жақсы сүзгі сияқты көрінеді, бірақ оның қалай жұмыс істейтіні әлі толық белгілі емес. Крабо жейтін теңіз түлкілері – әлемдегі ең көп таралған теңіз түлкілері; олардың рационының 98% –ы E. superba-дан тұрады. Бұл теңіз түлкілері жыл сайын 63 миллион тоннадан астам криллді тұтынады. Леопард теңіз түлкілерінде де ұқсас тістер дамыған (рационының 45% крилл). Барлық теңіз түлкілері 63–130 миллион тонна, барлық киттер 34–43 миллион тонна, құстар 15–20 миллион тонна, қаламбарлар 30–100 миллион тонна, балықтар 10–20 миллион тонна тұтынады, бұл жыл сайын криллдің 152–313 миллион тонна тұтылуына тең. Крилл мен оның жемірілушілері арасындағы өлшемдік қадам ерекше үлкен: әдетте 20 мкм шағын фитопланктон жасушаларынан крилл өлшемді организмге дейін үш немесе төрт қадам қажет (кіші копеподтар, үлкен копеподтар, мизидтер арқылы 5 см балықтарға дейін). Антарктикалық крилдің мұндай жоғары биомасса мен өндіріс құруының себебі – мұзды Антарктика құрлығының айналасындағы суларда әлемдегі ең ірі планктон жиынтығының бірі, мүмкін ең үлкені орналасқан. Мұхит фитопланктонмен толы; су тереңдіктен жарыққа толы бетке көтерілгенде, ол әлемнің барлық мұхиттарынан қоректік заттарды фототикалық аймаққа қайтарады, онда олар тірі организмдерге қайта қол жетімді болады. Осылайша, біріншілік өндіріс – күн сәулесін органикалық биомассаға айналдыру, азық тізбегінің негізі – ашық мұхитта жылына 1–2 г/м2 көміртекті бекітеді. Мұзға жақын жерлерде ол 30–50 г/м2-ге дейін жете алады. Бұл көрсеткіштер Солтүстік теңіз немесе көтерілген аймақтар сияқты өте өнімді аймақтармен салыстырғанда аса жоғары емес, бірақ бұл аймақтағы жер көлемі өте үлкен, тіпті жаңбырлы ормандар сияқты басқа ірі біріншілік өндірушілермен салыстырғанда да. Сонымен қатар, оңтүстік жазда күн сәулесі ұзақ сағаттар бойы осы процеске күш береді. Осы факторлардың барлығы планктон мен криллді планетаның экологиялық циклінің маңызды бөлігі етеді.
The waters of the Southern Ocean form a system of currents. Whenever there is a West Wind Drift, the surface strata travels around Antarctica in an easterly direction. Near the continent, the East Wind Drift runs counterclockwise. At the front between both, large eddies develop, for example, in the Weddell Sea. The krill swarms swim with these water masses, to establish one single stock all around Antarctica, with gene exchange over the whole area. Currently, there is little knowledge of the precise migration patterns since individual krill cannot yet be tagged to track their movements. The largest shoals are visible from space and can be tracked by satellite. One swarm covered an area of of ocean, to a depth of and was estimated to contain over 2 million tons of krill. Recent research suggests that krill do not simply drift passively in these currents but actually modify them. and provides an important food source for whales, seals (such as leopard seals, fur seals, and crabeater seals), squid, icefish, penguins, albatrosses and many other species of birds. Crabeater seals have even developed special teeth as an adaptation to catch this abundant food source: its unusual multilobed teeth enable this species to sieve krill from the water. Its dentition looks like a perfect strainer, but how it operates in detail is still unknown. Crabeaters are the most abundant seal in the world; 98% of their diet is made up of E. superba. These seals consume over 63 million tonnes of krill each year. Leopard seals have developed similar teeth (45% krill in diet). All seals consume 63–130 million tonnes, all whales 34–43 million tonnes, birds 15–20 million tonnes, squid 30–100 million tonnes, and fish 10–20 million tonnes, adding up to 152–313 million tonnes of krill consumption each year. The size step between krill and its prey is unusually large: generally it takes three or four steps from the 20 μm small phytoplankton cells to a krill sized organism (via small copepods, large copepods, mysids to 5 cm fish). The reason Antarctic krill are able to build up such a high biomass and production is that the waters around the icy Antarctic continent harbour one of the largest plankton assemblages in the world, possibly the largest. The ocean is filled with phytoplankton; as the water rises from the depths to the light flooded surface, it brings nutrients from all of the world's oceans back into the photic zone where they are once again available to living organisms. Thus primary production—the conversion of sunlight into organic biomass, the foundation of the food chain—has an annual carbon fixation of 1–2 g/m2 in the open ocean. Close to the ice it can reach 30–50 g/m2. These values are not outstandingly high, compared to very productive areas like the North Sea or upwelling regions, but the area over which it takes place is enormous, even compared to other large primary producers such as rainforests. In addition, during the Austral summer there are many hours of daylight to fuel the process. All of these factors make the plankton and the krill a critical part of the planet's ecocycle.
Мұздың қысқаруымен төмендеу
Антарктикалық крилл биомассасының төмендеуіне жаһандық жылыну салдарынан мұздық аймақтың азаюы себеп болуы мүмкін. Антарктикалық крилл, әсіресе дамудың бастапқы кезеңдерінде, тірі қалу үшін мұздық құрылымдарға мұқтаж болып көрінеді. Мұздықтар криллге хищниктерден жасыруға көмектесетін табиғи үңгірлер сияқты ерекшеліктерді ұсынады. Мұздың аз жылдары криллдің орнына салптар басымдық танытады, олар – планктонмен қоректенетін, бочка тәрізді, еркін жүзетін сүзгіш организмдер.
Мұхиттың қышқылдануы
Антарктикалық криль үшін тағы бір қиындық, сондай-ақ көптеген кальцификацияланатын организмдер (коралдар, екі жақтаулы моллюскалар, ұлулар және т.б.) – көмірқышқыл газы деңгейінің артуынан туындаған мұхиттардың қышқылдануы. Крильдің экзоскелеті карбонаттан тұрады, ол төмен pH жағдайында еріуге ұшырайды. Көмірқышқыл газының артуы криль жұмыртқаларының дамуын бұзып, тіпті жас крильдің шайқалуына кедерілтеу келтіруі мүмкін, нәтижесінде крильдің шайқалу табыстылығы географиялық тұрғыдан кең ауқымда төмендеуіне әкеледі. Дегенмен, мұхиттың қышқылдануының крильдің өмірлік циклына тигізер әсері әлі толық анықталған жоқ, бірақ ғалымдар оның таралу аймағына, санына және тірі қалуына маңызды әсер ететінінен қынжылады.
Балық шаруашылығы
Антарктикалық крилдің балық аулау көлемі жылына шамамен 100 000 тоннаны құрайды. Балық аулаумен айналысатын негізгі елдер – Оңтүстік Корея, Норвегия, Жапония және Польша. Өнімдер мал азығы және балықты ұстауға арналған жем ретінде қолданылады. Крилл балық аулауы екі маңызды тұрғыдан қиынға соғады. Біріншіден, крилді аулауға арналған торлардың ұялары өте тығыз болуы керек, бұл суға қарсылық күшін арттырады, нәтижесінде крилді жаққа бұратын толқын пайда болады. Екіншіден, тығыз ұялы торлар тез бітеді. Тағы бір мәселе – крилді борға жеткізу. Толық толған тор судан көтерілгенде, организмдер бір-бірін қысып, крилдің сұйықтығының көп бөлігі жоғалады. Криллді сумен бірге үлкен құбыр арқылы борға тасымалдау тәжірибелері жүргізілді. Қазір крилге арналған арнайы торлар жасалып жатыр. Криллді өңдеу өте жылдам болуы керек, себебі ол бірнеше сағаттың ішінде сапасын жояды. Жоғары белок және витамин құрамының арқасында крилл тікелей адамдарға тамақ ретінде де, мал азырату өнеркәсібінде де қолдануға жарамды. Криллді аулау және оны тым көп аулау мәселесі күннен-күнге көбеюде.