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2024-08-02
在暴雨中行驶时,牵引力是关键。如果您的轮胎缺乏足够的胎面,您的车辆就会打滑,您将无法获得安全操纵所需的抓地力。当暴雨袭击近岸浅水生态系统时,海胆也会遇到类似的挑战。强降水会改变海水中的盐浓度,导致盐度水平降低。即使盐度发生轻微变化,也会影响海胆将管脚牢固地附着在周围环境上的能力,就像轮胎抓紧路面一样。对于这些小型多刺生物来说,这成为生死攸关的问题,因为它们依靠粘性结构在海岸附近被海浪袭击的岩石区域移动。
雪城大学生物学家与人合着了一项研究,探讨不同水盐度水平如何影响海胆的粘附能力。
海胆的生存对于维持海洋生态系统的平衡至关重要。海胆吃掉了珊瑚礁上约 45% 的藻类。如果没有海胆,珊瑚礁就会长满大型藻类,从而限制珊瑚的生长。鉴于珊瑚礁对于沿海保护和生物多样性的重要性,保护海胆种群至关重要。
随着全球气候变化导致热浪、干旱、暴雨和洪水等极端天气,大量淡水涌入近岸生态系统正在改变栖息地。由艺术与科学学院 生物系助理教授奥斯汀·加纳领导的生物学家团队 研究了低盐度的影响以及它如何改变海胆在栖息地内抓握和移动的能力。加纳是雪城大学生物启发研究所的成员 ,他从生命科学和物理科学的角度研究动物如何在变化的环境中附着在表面上。
该团队的研究最近发表在《 实验生物学杂志》上,旨在了解海胆种群将如何受到未来极端气候事件的影响。
加纳说:“虽然许多海洋动物可以调节体内的水和盐分含量,但海胆在这方面却没有那么有效。” “因此,它们往往被限制在一个狭窄的盐度水平范围内。暴雨会导致大量淡水沿着海岸线流入海洋,导致海水中盐分的浓度迅速降低。”
该小组的研究是在华盛顿大学星期五港实验室(FHL)进行的。该研究的主要作者 安德鲁·莫拉 (Andrew Moura)是雪城大学加纳实验室的研究生,他与加纳和维拉诺瓦大学的研究人员一起前往 FHL,用活绿海胆进行实验。他们与前 FHL 博士后学者 Carla Narvaez(现任罗德岛学院生物学助理教授)以及维拉诺瓦大学教授 Alyssa Stark 和 Michael Russell 一起工作。
在 FHL,研究人员根据每个水箱内不同的盐度水平(从正常盐含量到极低盐含量)将海胆分为 10 组。在每一组中,他们测试的指标包括翻正反应(海胆翻身的能力)、运动(从一点到另一点的速度)和附着力(海胆的管脚与表面分离的力)。在加纳位于锡拉丘兹的实验室中,他和莫拉完成了数据分析以比较每个指标。
研究小组发现,海胆的翻正反应、运动和粘附能力都受到低盐度条件的负面影响。有趣的是,直到盐度水平非常低时,海胆的粘附能力才受到严重影响,这表明海胆可能能够在具有挑战性的近岸环境条件下保持附着,即使需要管脚更好协调的活动(扶正和移动)可能不会有可能。
“当我们看到极低盐度下的性能下降时,我们可能会开始看到海胆可能生活的地方发生变化,因为它们无法停留在某些低盐度地区,”莫拉解释道。“这可能会改变海胆的放牧量,并可能对生态系统产生深远的影响。”
他们的工作提供了关键数据,增强了研究人员预测海胆等重要动物在不断变化的世界中的生存能力的能力。加纳和他的团队正在探索的粘合原理也可以为人类设计的粘合材料派上用场——这项工作与雪城大学生物启发研究所通过创新研究应对全球挑战的使命相一致。
加纳说:“如果我们能够了解海胆分泌永久性粘合剂并将其用于临时附着的基本原理和分子机制,我们就可以利用这种力量来应对当今的粘合剂设计挑战。” “想象一下,如果有一种粘合剂是永久性的,但你添加了另一种成分,它就会分解它,你可以将它再次粘在其他地方。这是如何利用生物学来增强我们周围的日常产品的完美例子。”
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