Juni 20, 2024

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Nematoden springen Hummeln durch elektrische Felder – Ars Technica

Fadenwurm (C. elegans) springt auf einer Biene entlang eines elektrischen Reitfeldes. Bildnachweis: Chiba et al., 2023

Fadenwurm (C. elegans) springt auf einer Biene entlang eines elektrischen Reitfeldes. Bildnachweis: Chiba et al., 2023

Japanische Wissenschaftler arbeiten mit Nematoden (C. elegans) Eines Tages blieben mehrere im Labor gezüchtete Würmer auf mysteriöse Weise an den Deckeln von Petrischalen hängen und nicht am Hundefutter-Agar, wo sie ursprünglich platziert waren. Fasziniert führten sie Experimente durch, um zu sehen, wie sich die Würmer in weniger als einer Sekunde von einem Punkt zum anderen bewegten.

Die Forscher fanden heraus, dass die Würmer nicht an den Wänden der Schale hochkrochen, sondern vom Boden der Schale auf den Deckel sprangen – und sie nutzten dazu elektrische Felder. Sie können sogar einzeln oder in großen Gruppen von einer Petrischale auf eine Biene springen. Die Gruppe beschrieb ihre Arbeit in neues Blatt Veröffentlicht in Current Biology.

„Bestäuber wie Insekten und Kolibris sind bekanntermaßen elektrisch geladen, und es wird angenommen, dass Pollenkörner vom elektrischen Feld angezogen werden, das vom Bestäuber und der Pflanze erzeugt wird.“ sagte Co-Autor Takuma Souji, ein Biophysiker an der Universität Hiroshima in Japan. „Allerdings war nicht ganz klar, ob elektrische Felder für Interaktionen zwischen verschiedenen Landtieren genutzt werden.“

Die Autoren schreiben, dass Interaktionen zwischen verschiedenen Organismen „die Struktur und Funktion ökologischer Gemeinschaften und Ökosysteme stark prägen“. Verschiedene Arten können von unterschiedlichen Umweltauslösern abhängen: zum Beispiel chemische Reaktionen zwischen Insekten und Pflanzen; visuelle Wahrnehmung, um Beute zu erkennen und bevorzugte Nahrungsmittel auszuwählen; und die Fähigkeit, mechanische Energie von anderen Tieren zu erkennen. Dann gibt es elektrostatische Wechselwirkungen. Neben Bestäubern stellen die Autoren fest, dass viele Fischarten elektrische Felder nutzen, um Beute und Raubtiere aufzuspüren. und überwucherte Spinnen – verewigt in E.B. Whites Kinderklassiker Charlottes Netzwerk– Lassen Sie die Seidenfäden los, um einen Fallschirm zu formen und in der Luft zu schweben.

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Wie machen Spinnen das? Eine Hypothese besagt, dass Spinnennetze eine statische elektrische Ladung haben, die mit dem schwachen vertikalen elektrischen Feld in der Atmosphäre interagiert. Eine konkurrierende Hypothese besagt, dass, wenn sich die Luft bei Sonnenaufgang erwärmt, Seidenfäden von den Spinnen freigesetzt werden, um ihre „Regenschirme“ zu drehen und die durch Temperaturgradienten verursachten Konvektionsaufwinde (Aufwind) aufzufangen. A Studie 2018 fanden heraus, dass Spinnen offenbar in der Lage sind, unter normalen atmosphärischen Bedingungen elektrische Felder zu erkennen. Dies führt zu einem Aufblasverhalten und die elektrischen Felder liefern ausreichend Kraft, um Auftrieb zu erzeugen. letztes Jahr, Physiker zeigten Aus dreidimensionalen numerischen Simulationen geht zumindest für kleine Spinnen hervor, dass die elektrischen Felder bereits ausreichen, um ohne die Hilfe von Luftströmungen ausreichend Auftrieb zu erzeugen.

Einer der Gründe dafür, dass Wechselwirkungen zwischen Arten so starke Auswirkungen auf Ökosysteme haben, liegt darin, dass sie die Ausbreitung von Tieren unterstützen, was Charles Darwin als entscheidend für die Evolution und Ausbreitung von Arten ansah. Wenn eine Art für eine solche Ausbreitung auf eine andere angewiesen ist, spricht man von einer Ausbreitung Menschen. Kleine Tiere ohne Flügel und Beine, wie zum Beispiel Würmer, heften sich oft an größere, vorbeiziehende Tiere wie Insekten und Vögel, um große Entfernungen zurückzulegen.

C. elegans Es kommt bei einer Vielzahl von Arten vor und ist auf eine Art Phoresie angewiesen, um dieses Spektrum zu erreichen. Frühere Untersuchungen deuteten darauf hin, dass der Ausbreitungsmechanismus in einigen Fällen, etwa bei Schnecken und einigen Insekten, recht einfach ist. Nematoden üben ein Verhalten aus, das als „Perkussion“ bekannt ist. Dabei stehen die Würmer auf ihren Schwänzen und verringern so die Oberflächenspannung des Wassers, in dem Nematoden häufig vorkommen. Dadurch können sich die Würmer leichter an ihre verstreuten Wirte heften. pro suji et al. Dadurch steigt auch die Häufigkeit des direkten Kontakts mit anderen Tieren.

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Eine Gruppe Würmer, die zusammen springen. Bildnachweis: Chiba et al., 2023

Im Gegensatz zu Schnecken und Insekten sammeln Fluginsekten wie Bienen jedoch auf natürliche Weise Ladung im Flug an und erzeugen so ein elektrisches Feld. Sujei und seine Kollegen dachten, dass elektrostatische Wechselwirkungen erklären könnten, warum im Labor gezüchtete Nematoden immer wieder auf dem Deckel einer Petrischale landen. Die ersten Experimente bestätigten, dass die Würmer nicht an den Wänden der Petrischale hochkrochen. Durch die Umstellung auf Hochgeschwindigkeitsvideo konnte das Team die Sprungbewegung mit der Kamera festhalten und sicherstellen, dass sich die Würmer vorbeugten, bevor sie die Sprünge machten. Die Würmer schienen auch nicht die Sprungkraft zu erzeugen, was darauf hindeutet, dass eine äußere Kraft am Werk ist.

Um zu sehen, ob diese äußere Kraft die elektrischen Felder sind, Suji et al. Er machte ein weiteres Experiment. Sie betteten eine quadratische Anordnung von Mikrostreben in die Oberfläche des Agars ein und ahmten so die natürliche Bodenumgebung nach. Sie platzierten etwa 1.500 Würmer auf einem Agarsubstrat und platzierten sie dann auf einer Glaselektrode. Sie platzierten eine zweite Glaselektrode parallel zur ersten, aber mit geringem Abstand voneinander. Dann bemühten sie sich, herauszufinden, was passiert war. Die Würmer bewegten sich erst bei angelegter Ladung zur anderen Elektrode und bewegten sich mit einer durchschnittlichen Geschwindigkeit von 0,86 Metern pro Sekunde. Dies entspricht in etwa der Geschwindigkeit des menschlichen Gehens, und ihre Geschwindigkeit nahm zu, als das elektrische Feld stärker wurde.

Schließlich rieb das Team Pollen auf die Bienen, um eine natürliche elektrische Ladung zu erzeugen, und platzierte die Bienen in der Nähe der Würmer. Als die Bienen nahe genug waren, stellten sich die Würmer auf ihre Schwänze und sprangen auf die Bienen zu. Dies funktionierte sogar bei übereinander gestapelten Wurmgruppen, bei denen ein armer Wurm während des Transports überlastet war.

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Der Mechanismus mag jetzt klar sein, aber Suji et al. Ich bin mir immer noch nicht sicher, wie das alles genau funktioniert. Zum Glück, C. elegans Es handelt sich um einen typischen Organismus und die Beziehung zwischen seinen Genen, seinem Verhalten und seiner neuronalen Aktivität wurde ausführlich untersucht. Daher weitere Untersuchungen zum elektrischen Feld und seinem Verhalten C. elegans Es wird erwartet, dass es mehr Details über die elektrische Mythologie von Mikroorganismen liefert.“

DOI: Aktuelle Biologie, 2023. 10.1016/j.cub.2023.05.042 (über DOIs).

Eintragsbild von Current Biology / Chiba et al.