Морской сапфир (лат. Sapphirina)

Что это за удивительное существо, то исчезающее, то снова возникающее в виде синего мерцания? Перед вами крошечный веслоногий рачок, названный за свою окраску морским сапфиром (Sapphirina). Его заснял на видео индонезийский дайвер Кай Мани (Kaj Maney) у берегов острова Лембе (Lembeh).

Увидеть морских сапфиров можно преимущественно в теплых водах Атлантического, Тихого и Индийского океанов, в Средиземном и Красном море. Это небольшие планктонные рачки размером несколько миллиметров. Часто их можно встретить вместе с сальпами — нашими далекими хордовыми родственниками. Некоторые исследователи считали, что морские сапфиры паразитируют на сальпах, так как этих рачков находят в полости их тела. Но скорее всего эти отношения более сложные. У морских сапфиров действительно есть и черты паразитов (плодовитость, способность питаться на хозяине), и черты хищников (активная охота). Наиболее вероятное объяснение — молодые морские сапфиры являются паразитами, а по мере взросления пожирают хозяина. Самки покидают тело сальпы только для того, чтобы размножиться.

Сальпа Pegea confoederata. A — общий вид на колонию; B — крупный план, виден желудок (круглый оранжевый орган справа), самки морских сапфиров (белые полупрозрачные) и рачки-бокоплавы (коричневые), прилипшие к телу сальпы; C — еще большее увеличение, на котором видны самки морских сапфиров, у той, что справа, по бокам торчат мешки с яйцами. Фото из статьи D. D'Alelio et al., 2017. Plankton food for benthic fish: de visu evidence of trophic interaction between rainbow wrasse (Coris julis) and pelagic tunicates (Pegea confoederata)

Что касается самцов, то сначала считалось, что они свободноживущие и не питаются, однако позже выяснилось, что самцы всё же могут активно охотиться на сальп. Также их можно найти на и в теле сальпы по другому поводу — в ожидании самок. Впрочем, у самцов есть главный козырь, привлекающий партнерш, — способность переливаться. Эта особенность изучена гораздо лучше, чем положение морских сапфиров в экосистемах.

Самец морского сапфира Sapphirina sp. Фото с сайта science.org

Морские сапфиры были описаны еще в середине XIX века, однако почему они способны к такому красивому мерцанию, стало понятно только в 1990-е годы. Японские исследователи подробно изучили строение покровов этих рачков с помощью электронной микроскопии. Оказалось, что на мерцающей спинной стороне покровы имеют очень интересную структуру. Под кутикулой в эпителиальных клетках есть стопки из 10–14 шестиугольных кристаллов гуанина (да, того самого, который входит в состав нуклеиновых кислот), разделенные слоями цитоплазмы. Шестиугольные кристаллы гуанина уложены в виде плотной мозаики, которую организует хитиновый слой кутикулы.

Фотография спинных покровов морского сапфира Sapphirina metallina, полученная с помощью криоэлектронной микроскопии. Фотография из статьи D. Gur et al., 2015. Structural Basis for the Brilliant Colors of the Sapphirinid Copepods

Свет падает на кристаллы гуанина, которые поглощают все цвета, а отражают только синий. Такой тип окраски называют структурной (см. Structural coloration), так как обеспечивается не отдельными пигментами, а зависит от структуры поверхностей, на которые падает свет. Гуанин — довольно известная причина структурной окраски. Такие же кристаллы придают серебристый цвет чешуе рыбы, переливающуюся синюю, зеленую и золотистую окраску мантии моллюска тридакны. Кроме того, они усиливают яркость люминесценции и флуоресценции у разных животных.

Бывают также красноватые и золотые морские сапфиры, и существует гипотеза, что отраженный свет как-то взаимодействует с пигментом в кутикуле рачка.

Самец морского сапфира Sapphirina sp. Фото © Stefan Siebert с сайта flickr.com

Но как морской сапфир может менять цвет или даже становиться невидимым? На этот вопрос смогли ответить израильские ученые, которые изучили строение клеток морских сапфиров S. metallina, окраска которых может быть от фиолетовой до золотой. Оказалось, что цвет также определяет толщина слоев цитоплазмы между пластинками гуанина. Чем тоньше этот слой, тем короче длина волны, которую отражают пластинки, а значит, тем синее будет выглядеть морской сапфир.

Схема строения спинных покровов морского сапфира. Сверху рачок покрыт двухслойной кутикулой (e — эпикутикула, p — прокутикула, содержащая хитин). Под кутикулой находятся клетки, которые содержат многочисленные стопки (mls) пластин (d), состоящих из гуанина. Пластинки разделены слоями цитоплазмы и мембран. Под пластинами находится ядро клетки (n); m — митохондрии; cm — клеточная мембрана; bl — базальная мембрана. Рисунок из статьи J. Chae & S. Nishida, 1994. Integumental ultrastructure and color patterns in the iridescent copepods of the family Sapphirinidae (Copepoda: Poecilostomatoida)

Что касается невидимости, ученые объясняют это тем, что угол, под которым свет падает на пластины гуанина, также влияет на длину отраженной волны. Экспериментально на Copilia mirabilis они показали, что прямо падающий свет отражается как фиолетовый. Под углом 45 градусов длина волны, которую отражают пластины гуанина, соответствует ультрафиолетовому спектру. А S. metallina дополнительно сжимает пластинки гуанина так, что ее обычный пурпурный цвет превращается в ультрафиолет, который не видит большинство обитателей моря (и мы с вами тоже). Сам рачок большей частью прозрачен, поэтому хорошо сливается с фоном, как видно на главной гифке. Конечно, морской сапфир не прицельно манипулирует расстоянием между пластинами: оно меняется в процессе движения животного. Рачков часто можно заметить быстро плавающими по спирали, а это помогает не только передвигаться, но и невидимкой ускользать от врагов.

Однако самцы некоторых морских сапфиров не переливаются. В частности, у S. nigromaculata окраска связана с временем суток. C полуночи они ярко сияют всеми цветами радуги, а через несколько часов после восхода солнца начинают становиться прозрачными.

Окраска самцов S. nigromaculata. A — переливчатая фаза; B–D — промежуточная фаза; E — прозрачная фаза; F — самец, питающийся тканями бочоночника из класса сальп. Длина масштабного отрезка — 1 мм. Фото из статьи K. Takahashi et al., 2015. Diel colour changes in male Sapphirina nigromaculata (Cyclopoida, Copepoda)

Ученые считают, что это приспособление связано с тем, что днем морские сапфиры S. nigromaculata питаются и поэтому должны быть как можно менее заметными. А ночью, наоборот, нужно выглядеть нарядно, потому что именно тогда и самцы, и самки поднимаются к поверхности воды. В слабых лучах восходящего солнца самцы становятся переливчатыми (в основном в золотисто-желтой гамме) и привлекают самок, готовых к спариванию (у самок глаза развиты лучше, чем у самцов, чтобы находить красочных кавалеров).

Строение покровов морских сапфиров в будущем может вдохновить на разработку материалов с необычными отражающими способностями. И, кто знает, — может быть, и настоящей мантии-невидимки.