Когда вы смотрите на мечехвоста, вы заглядываете на полмиллиарда лет в прошлое. Эти примитивные животные существовали задолго до динозавров и практически не изменились во время ледниковых периодов и астероидов. Их уютная экологическая ниша потребовала нескольких модификаций тела, так что, хотя современные мечехвосты отличаются от своих древних предков, они не так уж сильно отличаются.
Вы также смотрите на существо, стоимость которого приближается к полумиллиарду долларов в год для биомедицинской и коммерческой рыбной промышленности. Кровь мечехвоста чрезвычайно важна для науки - она способна обнаруживать определенный тип бактерий у людей, тем самым спасая жизни. Подробнее об этом ниже, но сначала немного биологии.
Подковообразная биология
Подковообразные крабы напоминают полукруглые бронированные танки и имеют соответствующий армейский цвет: от зеленого до коричневого. Несмотря на свое название, они более тесно связаны с пауками и скорпионами, чем с крабами. Из четырех видов мечехвостов, существующих сегодня, Limulus polyphemus встречается вдоль восточного побережья Северной Америки от штата Мэн до Мексики. Остальные три вида обитают в Юго-Восточной Азии.
Подковообразный корпус состоит из трех частей. В большой голове, или просоме, находятся мозг и сердце, к ней прикрепляются шесть пар придатков. У самцов первая пара имеет крючковидную форму и используется для захвата самки во время спаривания. В опистосоме, или брюшке, мышцы контролируют жабры и тельсон (хвост). Тельсон служит рулем и помогает крабам переворачиваться, если они переворачиваются во время нереста. Самки на треть крупнее самцов и могут весить в два раза больше, до 10 фунтов (4,5 кг).5 килограммов). Мечехвосту требуется около 10 лет, чтобы вырасти до взрослого размера.
Пик нереста приходится на май и июнь во время прилива во время полнолуния или новолуния. Самка выкапывает под собой ямку в песке и откладывает скопление из нескольких тысяч яиц, которые оплодотворяет самец, цепляющийся за ее спину. Самцы-спутники внимательно следят за парой в поисках возможности передать свои гены некоторым яйцам. Она повторяет процесс несколько раз за ночь и может появляться в течение нескольких ночей. В общей сложности каждая размножающаяся самка может откладывать до 100 000 яиц за сезон.
Залив Делавэр имеет самую большую нерестовую популяцию в мире и является местом остановки куликов на Атлантическом пролетном пути, пути с севера на юг к арктическим местам размножения и обратно. Сюда слетается до миллиона птиц, чтобы полакомиться яйцами мечехвоста и набраться сил для путешествия на север. Но десятилетия чрезмерного вылова крабов в качестве приманки для ловли трубача, угря и раковины уничтожили их популяции и превратили яичный пир почти в голод. Ежегодно в качестве наживки берутся сотни тысяч крабов.
Тогда есть эффект развития береговой линии и потери среды обитания. Пляжи, приливные отмели и глубокие воды бухт необходимы для выживания и размножения крабов, но они все больше загрязняются строительством и отравляются стоками удобрений.
«Мы наблюдали за более чем 115 участками на Лонг-Айленде более 17 лет и обнаружили, что среда обитания мечехвоста сократилась более чем на 8 процентов», - говорит Джон Танакреди, профессор наук о Земле и окружающей среде в колледже Моллой и директор Центр экологических исследований и мониторинга прибрежных океанов, в электронном письме. «Утрата среды обитания означает потерю размножающихся животных, что ясно видно по долгосрочному сокращению мечехвостов в этом районе примерно на 1 процент в год».
Цена Голубой Крови
Хотя здоровье крабов подвергается серьезной угрозе со стороны людей, мы получаем огромную пользу от крабов. Голубая кровь подковы на основе меди содержит свертывающий агент, называемый лизатом амебоцитов Limulus (LAL), который обнаруживает эндотоксины, выделяемые бактериями, которые могут вызывать лихорадку, инсульт, повреждение органов и даже смерть. LAL используется для тестирования лекарств, вакцин и медицинских устройств и настолько важен для биомедицинских компаний, что производство по всему миру остановится, если поставка будет прекращена. Понятно, что LAL - одна из самых ценных жидкостей на Земле по цене около 15 000 долларов за кварту.
Подковообразная кровь развила эту замечательную способность к свертыванию в ответ на жизнь в океаническом супе бактерий. Когда микробы вторгаются в млекопитающих, мили крошечных кровеносных сосудов ограничивают их распространение, а лейкоциты борются с ними. Не так с мечехвостами. Их кровь свободно перемещается по тканям и органам, обеспечивая широкое поле для бактериальной инфекции. Но бактерии и крабы эволюционировали вместе миллионы лет, и защита крабов тоже.
У мечехвоста точно нет иммунной системы. Их единственный тип клеток крови, амебоциты (клетки, которые могут передвигаться), выполняет всю обычную работу клеток крови - залечивает раны, поглощает мертвые клетки, транспортирует и хранит переваренный материал. Но эти амебоциты также выделяют вещество, которое сворачивается как сумасшедшее, когда они обнаруживают бактериальный эндотоксин. Сгустки захватывают вторгшиеся бактерии, ограничивая дальнейшее заражение. Большие сгустки также могут запечатать рану.
До LAL биомедицинские компании использовали кроликов для тестирования на эндотоксины (кроличья кровь также имеет тенденцию к свертыванию в присутствии токсинов). Если после инъекции тестируемого вещества у животного появлялись признаки инфекции - это могло длиться до 48 часов - образец считался контаминированным (и кролик погибал). Открытие LAL спасло бесчисленное количество кроликов от смертельных испытаний, но, в свою очередь, сотни тысяч крабов каждый год участвуют в принудительном кровообращении.
Чтобы собрать кровь мечехвоста, ничего не подозревающих существ (предпочтительнее более крупные самки) вытаскивают из мелководных прибрежных районов и доставляют в лабораторию, где их охлаждают в течение часа или около того, а затем помещают на стойку. Иглу вводят в ткани вокруг сердца, и из нее высасывается до 30 процентов крови краба. После обескровливания животных возвращают в океан. Чем раньше их вернут, тем больше шансов, что они выживут.
Это важно, потому что, хотя биомедицина считается методом «поймай и отпусти» с низкой смертностью, целых 30 процентов мечехвоста умирают от процесса кровотечения. «Запасы ограничены, а потери огромны. Ежегодно для этой цели в США отлавливают около 600 000 животных», - говорит Танакреди.
И долгосрочные последствия могут быть намного хуже. В районах, где больше всего крабов добывают для кровопускания, на нерест приходит меньше самок. Проблема усугубляется в Азии, где животных не возвращают в их среду обитания. «В Сингапуре во время сезона размножения 10 000 взрослых особей в день собирают, обескровливают, а затем готовят для продажи в пищу. Такими темпами они могут исчезнуть там через десятилетие», - говорит Танакреди. Наш собственный Limulus polyphemus был включен в список уязвимых мест Международным союзом охраны природы в 2016 году.
Глядя вперед
Доктор. Танакреди описывает следующие необходимые шаги: «Три вещи должны быть выполнены немедленно и последовательно. Во-первых, прекратить сбор наживки. Во-вторых, получить одобрение FDA на синтетическую LAL. И в-третьих, защитить места размножения крабов».
Существует прогресс в области синтетического LAL. Хотя эффективный заменитель LAL был доступен в течение 15 лет, только одно предприятие могло производить его, и биомедицинские компании не хотели полагаться на единственный источник. Но затем другое предприятие начало производство, и в 2018 году компания Eli Lilly and Company объявила о поэтапном отказе от LAL на 90 процентов в течение следующих нескольких лет и постепенном переходе на синтетическую LAL. Действительно хорошие новости.
Подковообразных крабов можно встретить в изобилии на многих восточных пляжах США - они обычно опрокидываются под действием волн во время нереста и не могут выровняться, что приводит к гибели. Но не все мечехвосты, которых вы видите на пляже, мертвы - они также линяют, оставляя свой старый экзоскелет и формируя новый, более крупный.