De ce produc cefalopodele cerneală? Și din ce este făcută cerneala, oricum? | Biologie

Cefalopodele, grupul de moluște care includ caracatițe, sepie, calmari, amoniți, nautiluri și belemnite, sunt o grămadă ciudată. Nu numai că sunt ciudați în comparație cu rudele lor cu coajă, cum ar fi bivalvele, melcii și chitonii, dar evoluția, fiziologia și comportamentul lor le fac aproape la fel de interesante ca vertebratele (glumesc, sunt mult mai interesante).

În ciuda faptului că există doar aproximativ 700 de specii vii de cefalopode, din punct de vedere biologic, ele au evoluat o serie de adaptări pe care știința modernă nu le-a ales încă. Din punct de vedere neurologic, ele sunt capul (și umerii dacă i-au avut) mai presus de toate celelalte animale nevertebrate, uneori numite vertebrate de onoare pentru capacitatea lor cognitivă și potențiala conștiință. Sunt renumiti pentru capacitatea lor de a-și schimba culoarea, forma și dimensiunea. Mulți dintre ei au o creștere rapidă, dar au trăit scurt. Ei s-au adaptat să trăiască în adâncurile reci ale oceanului, în zonele de adâncime caldă și unele specii chiar „zboară”. În ceea ce privește diversitatea, cefalopodele includ argonauți care produc oul, nautilele cu coajă, caracatițe veninoase cu inele albastre și giganți enigmatici precum calmarul uriaș și colosal. Anatomia lor a inspirat pe scară largă arta și designul, iar cercetările asupra sistemului lor nervos au condus la descoperiri în înțelegerea noastră a modului în care funcționează neurologia tuturor organismelor. Cu toate acestea, înainte ca cea mai mare parte a acestora să fie descoperită experimental și observațional, ei au fost poate cel mai bine cunoscuți pentru capacitatea lor „aproape unică” de a arunca cerneală atunci când sunt aranjați, creând o cortină de fum înainte de a se îndrepta spre siguranță.

În unele dintre cele mai vechi relatări de istorie naturală care au supraviețuit, este remarcat acest comportament curios. Scriind în 350 î.Hr., filozoful grec Aristotel notează că sepia își folosește lichidul întunecat de dragul ascunzării, deși presupune că caracatița și calmarul fac acest lucru doar de frică. Aproximativ 400 de ani mai târziu, un alt renumit istoric al naturii timpurii, Pliniu cel Bătrân, teoretizează că sepiele au cerneală, sau un fluid negru, în loc de sânge. Avanză rapid până acum și ce știm despre modul în care cefalopodele au evoluat cerneala și cerneala? În mod surprinzător, sunt încă multe lucruri pe care nu le știm despre acest comportament bine cunoscut.

Ce este cerneala?

Din studiile anatomice ale cefalopodelor vii, știm că cerneala este generată, stocată și evacuată dintr-o structură specializată, sacul de cerneală care include glanda de cerneală. Sacul de cerneală se alimentează în rect, controlat de un sfincter și, în unele evenimente de cerneală, mucusul dintr-un alt organ, organul pâlnie este aruncat cu apă și cerneală prin anus și prin sifon pentru a crea un nor de cerneală.

Diagrama care arată disecția calamarului mic, Illex illecebrosus.  Săgeata neagră arată locația pe sacul de cerneală.  Modificat din Verrill 1880.
Diagrama care arată disecția calamarului mic, Illex illecebrosus. Săgeata neagră arată locația pe sacul de cerneală. Modificat din Verrill 1880. Fotografie: Mark Carnall

Veți fi ușurați să știți că „cerneala de calmar” folosită în alimente pentru colorare sau ca aditiv, de obicei cerneală de sepie, este preparată direct din sacul de cerneală și nu include partea de mucus. Chimic, mucusul nu a fost caracterizat, sunt multe despre care nu știm. Cerneala de la câteva specii a fost studiată, dar s-a dovedit că conținutul variază în funcție de tehnica de extracție. În general, cerneala pentru cefalopode include melanina, enzime legate de producția de melanină, catecolamine, peptidoglicani, aminoacizi liberi și metale (Derby 2014). Cerneala pentru cefalopode și sacii de cerneală au fost prelucrate pentru o varietate de aplicații umane, inclusiv medicamente antimicrobiene, de îmbunătățire a răspunsului imunitar, medicamente antiretrovirale și potențiale anticanceroase, precum și cerneală pentru scris și pictură. Cea mai studiată componentă a cernelii este melanina. Melanina este un pigment natural care se găsește de-a lungul vieții, este pigmentul din pielea, părul și ochii oamenilor și îi conferă cernelii culoarea caracteristică neagră sau maro închis.

De ce cerneală?

De la observațiile lui Aristotel, studiile în laborator și pe teren ne-au extins cunoștințele despre repertoriul de cerneală al cefalopodelor. Pe lângă norii de cerneală creați pentru a limita vederea și a oferi o cale de evacuare, cefalopodele pot crea efecte diferite prin modificarea cantității de cerneală eliberată, a direcției și a vitezei cu pâlniile lor flexibile și, probabil, amestecuri variate de cerneală și mucus. În combinație cu schimbarea culorii, s-au observat unele cefalopode care creează pseudomorfe de cerneală, ejecții care sunt interpretate a semăna cu o formă asemănătoare cefalopodelor cu potențialii prădători pentru a-i confunda. O altă formă de fluxuri mai subțiri de cerneală se numesc frânghii și se presupune, în mod speculativ, că se aseamănă cu tentaculele înțepătoare ale meduzei. Sepiele adaugă cerneală ouălor lor (Hanlon și Messenger 1996), probabil pentru a le ascunde pe ei și pe bine numitul „calamar care trage focul” Heteroteuthis dispar eliberează globuri luminoase cu cerneala lor pentru a crea pete strălucitoare plutitoare, presupuse că creează din nou o distragere a atenției prădătorilor (Bush și Robinson 2007).

Deși unele cerneluri cefalopode au fost studiate chimic, există încă multe necunoscute despre funcția bioactivă a cernelii atunci când este eliberată în sălbăticie. Experimental, s-a dovedit că unele cerneală sunt neplacute pentru pești (Wood et al. 2010) și din punct de vedere observațional, cerneala poate funcționa și ca un atractant pentru prădători, pentru a oferi cefalopodelor puțin mai mult timp pentru a scăpa. Cerneala bogată în mucus este o substanță periculoasă sau enervantă care interferează cu branhiile peștilor, iar unele cefalopode reacționează negativ la propriile lor cerneluri în recipiente mici sau în laborator. Caracatița cu inele albastre Hapalochlaena lunulata are tetrodotoxină, toxina mortală pe care o eliberează și ea dintr-o mușcătură, în cerneala lor, dar concentrațiile și efectul în cerneală nu sunt cunoscute.

Model de cerneală Octopus
Model de cerneală Octopus Fotografie: Mark Carnall

Cine face și nu cerneală?

Speciile vii ale nautilelor cu coajă externă nu posedă un sac de cerneală. Dintre cefalopodele cu „corp moale”, subclasa Coleoidea, sacii de cerneală se găsesc în caracatițe, calmari și sepie, deși a fost pierdut secundar la unele specii. În special, este absent în grupul de caracatițe de adâncime Cirrina și în ruda caracatiței numite confuz, calmarul vampir. În multe grupuri este redusă sau vestigială, inclusiv calmarul corn de berbec și la unele specii de caracatiță cu inele albastre. În mod surprinzător, având în vedere cât de mult ne batem aici la Lost Worlds Revisited cu privire la prejudecățile de conservare, sacii de cerneală se găsesc pe larg în înregistrările fosile, cele mai vechi descrise de William Buckland în 1836. Fosilele sunt deosebit de bine descrise din Carbonifer, Triasic, Jurasic și Cretacic. perioade și au fost găsite în SUA, Anglia, Rusia, Liban și Germania. Situri precum Lyme Regis din Dorset au produs în special un număr de saci și noduli de cerneală „calamar” din Jurasic (Doguzhaeva et al. 2004).

Deși amonoizii cefalopode cu coajă externă dispăruți au o înregistrare fosilă extinsă, țesuturile lor moi sunt foarte puțin cunoscute și, la fel ca nautiloidele dispărute și vii, se presupune că nu au posedat un sac de cerneală. Există unele dovezi neconcludente că unii amoniți ar fi putut avea un sac de cerneală, cel mai recent au fost descrise mici globule de posibile resturi de cerneală în Austrahicerele (Doguzhaeva și colab. 2007).

Sacii de cerneală fosilizati sunt cunoscuți în mod mai concludent de la cefalopodele dispărute Coleoidea „cu corp moale” din grupurile Belemitida (inclusiv belemnite cu schelete interne asemănătoare gloanțelor găsite în mod obișnuit ca fosile) și Phragmoteuthida, precum și din fosilele de calmar, caracatiță și sepie. De fapt, prezența unui sac de cerneală este o trăsătură caracteristică acestui grup. În prezent, cerneala este necunoscută de la alte Coleoidea dispărute, deși acest lucru s-ar putea datora prejudiciului de conservare sau a unei pierderi secundare. Sacii de cerneală au fost găsiți atât de bine conservați în documentele fosile, încât au fost folosiți în desene, ca și cu un exemplu faimos din 1833 de la Muzeul de Istorie Naturală al Universității Oxford. Practica de măcinare a acestor saci de cerneală fosilizată pentru a produce cerneală a devenit o tradiție cu exemple mai recente de fosile desenate cu propria lor cerneală din 2009 și 2016.

Sac de cerneală fosilă de la Lyme Regis
Sac de cerneală fosilă de la Lyme Regis Fotografie: Mark Carnall

Cei mai vechi saci de cerneală apar în înregistrările fosile din perioada Carboniferului cu aproximativ 330 de milioane de ani în urmă la cefalopode precum Donovaniconus, Gordoniconus și Saundersites care prezintă un amestec de trăsături din grupuri mai vechi și mai moderne și sunt plasate în propria lor ordine, Donovaniconida (Doguzhaeva 2012). Unele dintre aceste dovezi timpurii sunt păstrate ca globule microscopice, dar saci întregi de cerneală apar și seamănă cu aceeași formă ca cea găsită la cefalopodele moderne (Doguzhaeva et al. 2004, 2010).

Din păcate, modificările fizice și chimice aduse pungilor de cerneală pe măsură ce se descompun și se fosilizează înseamnă în mod normal că semnătura chimică a pungilor de cerneală fosilă nu este păstrată, cu toate acestea, în 2012, un anume sac de cerneală cefalopod vechi de 160 de milioane de ani a făcut titlurile de ziare (ei bine, titlurile științei ), deoarece părea să fi scăpat de multe modificări înainte de fosilizare și, în consecință, a oferit o fereastră unică asupra din ce era compusă cerneala (Glass et al. 2012). În mod uimitor, chiar și în limitele tehnicilor analitice din acea vreme, s-a descoperit că conține aceeași formă de melanină ca cea găsită în cefalopodele moderne.

Evoluția cernelii?

În mod frustrant, de la prima lor apariție în înregistrarea fosilelor și până la exemplele fosilizate mai vechi, prezența și structura sacilor de cerneală pentru cefalopode nu aruncă cu adevărat nicio lumină asupra modului și când cefalopodele au evoluat această structură și, probabil, comportamentele provocatoare asociate cu ea. În mod neașteptat, având în vedere asocierea puternică a cernelii cefalopode cu modul în care caracterizăm grupul, nu au fost multe ipoteze înaintate cu privire la modul în care a evoluat sacul de cerneală. O teorie este că melanina, care este extrem de eficientă în disiparea radiațiilor UV, a fost inițial implicată în protejarea ochilor sau a pielii cefalopodelor de daune cauzate de lumină (Derby 2014). Poate că excreția de melanină în exces a dus la dezvoltarea unei camere de producție specifice pentru a o genera și BINGO! sac de cerneală la comandă situat rectal (nu așa funcționează evoluția).

Din păcate, acesta este unul dintre acele situații în care dovezile fosile actuale și instrumentele și tehnicile noastre de analizare sunt scurte. Indiferent de modul în care sacul de cerneală a evoluat, cefalopodele le-au posedat de peste 300 de milioane de ani. După cum am văzut din nenumăratele moduri în care folosesc cerneala, fără îndoială că mai multe moduri de descoperit din observație, producția de cerneală pentru cefalopode a fost cheia succesului și supraviețuirii lor în ocean.

Referințe

Bush, SL și Robison, BH 2007. Utilizarea cernelii de către calmarul mezopelagic. Biologie marina. 152, 485–494.

Derby, CD 2014. Cerneală pentru cefalopode: producție, chimie, funcții și aplicații. Medicamente marine12, 2700-2730.

Doguzhaeva, LA, Mapes, RH și Mutvei, H. 2004. Occurrence of Ink in Paleozoic and Mezozoic coleoids (Cephalopoda). Mitteilungen aus dem Geologisch-Palaontologischen Institut der Universitat Hamburg 88: 145-155.

Doguzhaeva, LA 2012. Compoziția originală a proostracumului unui belemnit sinemurian timpuriu din Belgia Dedus din modul de fosilizare și ultrastructură. Paleontologie, Vol. 55, Partea 2, 249–260.

Doguzhaeva, LA, Mapes, RH și Mutvei, H. 2010. Modele evolutive ale cefalopodelor coleoide carbonifer bazate pe diversitatea și plasticitatea morfologică a acestora. În Tanabe și colab. (eds.) Cefalopode – Prezent și trecut. Tokai University Press, Tokyo, 171-180.

Doguzhaeva, LA, Mapes, RH Summeseberger, H. și Mutvei, H. 2007. Conservarea țesuturilor corporale, a cochiliei și a mandibulelor în Ceratitid Ammonoid Austratrachyceras (Triasicul târziu), Austria. În Landman, NH și colab. (eds) Cefalopodele prezente și trecute: noi perspective și perspective proaspete. 221-238.

Glass, K. şi colab. 2012 Dovezi chimice directe pentru pigmentul eumelanin din perioada jurasică. PNAS, Vol. 109, 26, 10218–10223.

Hanlon, RT și Messenger, JB 1996. Comportamentul cefalopodelor. Cambridge University Press.

Verrill, AE 1880. Cefalpodele coastei de nord-est a Americii Partea a II-a. Cefalopodele mai mici, inclusiv calmarii și caracatițele, cu alte forme aliate. Din Tranzacțiile Academiei de Științe din Connecticut Volumul V. 259-446.

Wood JB, Maynard A., Lawlor A., ​​​​Sawyer EK, Simmons D., Pennoyer KE și Derby CD 2010. Calamar de recif din Caraibe, Sepioteuthis sepioideafolosește cerneala ca o apărare împotriva mormăiturilor prădătoare franceze, Haemulon flavolineatum. Journal of Experimental Marine Biology and Ecology. 338, 20–27

Leave a Comment

Adresa ta de email nu va fi publicată.