(Xenograpsidae Ng, Davie, Schubart & Ng, 2007) Семейство Ксенограпсиды, Крабы-ксенограпсиды, Мелководные гидротермальные крабы, Family Xenograpsidae Ng, Davie, Schubart & Ng, 2007 (Strange shore crabs, Shallow water hydrothermal crabs)
Материал подготовил Фактистов И. Е., 2023 г. Сайт www.fishbiosystem.ru
Ксенограпсиды, Крабы-ксенограпсиды, Мелководные гидротермальные крабы (Xenograpsidae) — новое монотипичное семейство грапсоидных крабов (grapsoid crabs), обитающих в мелководных гидротермальных источниках в Юго-Восточной Азии и Новой Зеландии. Единственный род Ксенограпсусы, Ксенограпсы (Hydrothermal crabs) — Xenograpsus Takeda & Kurata, 1977 на сегодняшний день насчитывает три вида: Xenograpsus ngatama McLay, 2007; Xenograpsus novaeinsularis Takeda & Kurata, 1977 и Xenograpsus testudinatus Ng, Huang & Ho, 2000.
Международная группа исследователей опубликовало в журнале «Proceedings of the Royal Society B: Biological Sciences» статью, в которой рассказывают о том, с помощью каких адаптационных механизмов эти необычные крабы выживают в гидротермальных источниках с водами, одними из самых кислых на планете, способных растворить человеческую кожу. У юго-восточного побережья острова Гуэйшань (Guishan Island), расположенного недалеко от Тайваня, живет уникальный краб — Ксенограпсус тестудинатус (Hydrothermal vent crab) — Xenograpsus testudinatus Ng, Huang & Ho, 2000, который вполне уютно чувствует себя в очень кислой воде, в которой растворено огромное количество сероводорода, её pH достигает 1,52, что сопоставимо с кислотностью желудочного сока человека. В таких высоких концентрациях это вещество токсично для большинства живых организмов, и группе исследователей из Тайваня и Германии пришлось постараться, чтобы раскрыть секрет кислотоустойчивости уникального краба.
Исследователи выловили нескольких крабов и собрали образцы воды, чтобы провести лабораторные эксперименты. Оказалось, секрет краба — в его необычных жабрах, спрятанных под панцирем: именно они служат для обезвреживания опасного сероводорода путем его окисления до тиосульфата или путем связывания с гипотаурином с образованием менее токсичного тиотаурина. После образования тиотаурин становится пищей для особых бактерий, живущих на жабрах, которые разлагают токсичное вещество и позволяют крабу спокойно дышать. Также ученые подозревают, что бактерии дополнительно делятся питательными веществами с хозяином-крабом, образуя с ним эффективный симбиоз: пока членистоногое предоставляет им надежное убежище, одноклеточные организмы не дают вредному сероводороду обжечь нежные жабры краба.
Такая уникальная адаптация позволила крабу Xenograpsus testudinatus стать единственным многоклеточным организмом в своей экосистеме и, как следствие, избавиться от давления хищников и видов-конкурентов. Деловито перебирая субстрат на склонах подводного вулкана, эти необычные членистоногие как будто не замечают, что вот уже в течение многих поколений плавают в кипящей кислоте.
Китайские учёные Chien-Hui Yang, Teng-Wei Wang, Peter Kee Lin Ng, Tin-Yam Chan, Yi-Yang Lin, Benny Kwok Kan Chan в соей работе «Генетическая дифференциация популяций гидротермальных жерловых крабов Xenograpsus testudinatus по глубинным и географическим градиентам в западной части Тихого океана (Population Genetic Differentiation on the Hydrothermal Vent Crabs Xenograpsus testudinatus along Depth and Geographical Gradients in the Western Pacific)» не подтвердили гипотезу глубинной дифференциации в отношении Гидротермального жерлового краба — Xenograpsus testudinatus, обычного в жерлах источников на острове Куэйшань, Тайвань, на глубине от 10 до примерно 300 м. Гипотеза глубинной дифференциации предполагала, что сильные градиенты окружающей среды (например, света, температуры, давления) и неоднородность среды обитания в глубоководных водах могут создавать давление на естественный отбор, и это может привести к генетической дивергенции популяций.
Гидротермальный жерловый краб — Xenograpsus testudinatus также был обнаружен в мелких водоёмах (3—20 м) в Кагосиме и на архипелаге Идзу в Японии. Изучив различия в последовательностях митохондриальных генов COI, 16S рРНК и D-петли, чтобы проверить гипотезу о значительной генетической дифференциации среди популяций Xenograpsus testudinatus вдоль градиента глубины на острове Куэйшань (30, 200, 209—224 и 250—275 м), а также среди различных географических регионов (Куэйшань, Кагосима и архипелаг Идзу) в западной части Тихого океана, учёные пришли к выводу, что не существует ни значительной дифференциации популяций между мелководными или глубоководными жерлами, ни между географическими местоположениями. Вертикальная миграция зоэ, апвеллинг на восточном побережье Тайваня и сильное воздействие течений Куросио, вероятно, привели к высокому уровню расселения планктонных личинок Xenograpsus testudinatus по глубинам и географическим градиентам в западной части Тихого океана.
Загадка того, как огромные популяции крабов могут процветать в экстремальной и токсичной среде обитания, решена. Так считают китайские исследователи M.-S. Jeng, N. K. Ng и P. K. L. Ng в соей статье «Гидротермальные крабы лакомятся морским «снегом» (Hydrothermal vent crabs feast on sea "snow")».
Краб Xenograpsus testudinatus обитает при чрезвычайно высокой плотности вокруг богатых серой гидротермальных источников, обнаруженных на мелководье у острова Тайвань, хотя в этой кислой среде мало питательных веществ. Исследователи указывают, что эти крабы вылезают из своих расщелин при стоячей воде и питаются огромным количеством зоопланктона, который погибает от сернистых шлейфов жерл и падает вниз, как морской «снег». Такое оппортунистическое пищевое поведение объясняет, как крабы выживают в неблагоприятной токсичной среде этих неглубоких гидротермальных источников.
Исследования животных, обитающих в глубоководных гидротермальных источниках, были более обширными, но гораздо меньше известно о животных, обитающих в мелководных системах (на глубинах менее 200 м). По сравнению с богатыми видами сообществами, связанными с глубоководными жерлами, мелководные источники имеют низкое разнообразие животных, а их экосистемы просты — пока идентифицированы только два вида крабов, Xenograpsus novaeinsularis и Xenograpsus testudinatus. Мелководные жерла у острова Куэйшань (121°57' в. д., 24°50' с. ш.) на северо-востоке Тайваня являются частью Окинавской дуги. В этой необычной системе выбросы очень кислые (pH 1,75—4,60) и богаты серой. Здесь до девяти крупных курильщиков (высотой 2—6 м) одновременно извергают сернистые шлейфы и пузырьки газа (в основном углекислый газ, азот, кислород, диоксид серы и сероводород), которые появляются при температуре 65—116 °С. Высокие концентрации сульфидов обычно важны для формирования хемолитотрофной пищевой цепи и роста серозависимых бактериальных матов. Однако этих источников пищи нет в Куэйшане, где выбросы мелководных жерл содержат высокие концентрации элементарной серы (чистота 99,5%) и токсичных вулканических газов, поэтому неудивительно, что ареал обитания видов бедный.
Об экологии крабов Xenograpsus почти ничего не известно. Было замечено, что вид Xenograpsus novaeinsularis питается на дне океана, используя клешни с кончиками щетинок, но его рацион неизвестен. В Куэйшане Xenograpsus testudinatus собирается в больших количествах в жерловых расщелинах (при средней плотности 364 крабов на квадратный метр), и возникает вопрос, как эта экосистема может поддерживать такие значительная популяция крабов. Чем питаются крабы?
Наблюдения за крабами в Куэйшане показывают, что Xenograpsus testudinatus питается зоопланктоном. Во время стоячей воды тысячи ксенограпсусов вылезают из богатых серой расщелин и начинают неистово питаться на морском дне на площади в несколько квадратных метров. Это ранее неописанное поведение роения наблюдается только в периоды стоячей воды. Вскрытие особей Xenograpsus показало, что их кишки были полны зоопланктона (в основном пелагических копепод). Исследования ротового аппарата и желудочной мельницы (аппарат для измельчения пищи в передней кишке десятиногих ракообразных) ксенограпсусов подтверждают, что это вид падальщик.
В оптимальных условиях учёные были свидетелями постепенного осаждения мелких твёрдых частиц и мёртвой рыбы во время стоячей воды вокруг жерл (см. Видео). Анализ проб воды, собранных в это время, выявил высокую концентрацию неорганических частиц и мёртвого или наркотизированного зоопланктона. Во время стоячей воды, когда течение слабое или отсутствует, жерла направляются вертикально, мгновенно убивая любой организм на своем пути и заставляя его падать прямо в толщу воды. Масса нисходящего зоопланктона имеет вид падающего снега. Как только течение снова усилится и смертоносный шлейф отклонится, бомбардировка мертвым зоопланктоном прекращается, и крабы возвращаются в свои расщелины. Поскольку приливы на Тайване происходят полусуточно, кормление крабов, вероятно, происходит дважды в день (хотя это не подтверждено из-за опасности ночных погружений). Крабы приурочили добычу пищи к морским «снегопадам», чтобы максимально эффективно добывать планктон. Такое оппортунистическое пищевое поведение крабов Xenograpsus, которое, насколько известно, не наблюдалось ни у одного другого гидротермального организма, представляет собой замечательную адаптацию к бедной питательными веществами среде.