Portugalilaisen sotamiehen, Physalia physalis, morfologia ja kehitys

Kuvio 1

Kaavio, jossa esitetään Physalia physalis -yhdyskunnan anatomia ja kuvataan kunkin zooidin tehtävä.

Vertailtuna muihin sifonofoorilajeihin, mukaan lukien muut kystoneekit, Physalia physalis on omalaatuinen pesäkkeidensä organisaation suhteen (kuvat 1 ja 2). P. physalis on myös ainoa sifonofoorilaji, jossa gastrozooidilla, joka on ensisijainen ruokailueläin, ei ole lonkeroa saaliin pyydystämistä varten. Ainoa poikkeus on protozooidi (ensimmäinen gastrozooidi, joka muodostuu kehityksen aikana), joka on pohjimmiltaan tyypillinen sifonofoorin gastrozooidi, jolla on suu, lonkero ja pieni basigaster-alue26,29. Protozooidin lisäksi P. physalis -lajin lonkero on erillisessä zooidissa, jota Totton kutsui ampullaksi26. Muut kirjoittajat kutsuvat joko zooidia tai siihen kiinnittyvää lonkeroa dactylozooidiksi10,13,21,30 – termiä dactylozooidia on historiallisesti käytetty muiden sifonofoorilajien palponeista, mutta sitä ei nykyisin käytetä, ja dactylozooidit ovat erikoistuneita palponin kaltaisia puolustavia zooideja muissa hydrozoans-eläimissä31,32,33. Välttääksemme sekaannuksia tämän zooidin homologiasta ehdotamme, että termiä dactylozooid ei käytettäisi, koska katsomme, että tämä zooidi on syntynyt de novo P. physalis -eläimessä, eikä se todennäköisesti ole homologinen muiden hydrozoanien dactylozooidien kanssa (ks. jäljempänä). Lisäksi termi ampulla yhdistetään yleisesti myös agalmatidien kolmisarvisen tentillumin päätevesikkeliin27. Kannatamme Haeckelin ”lonkeropalmun” elvyttämistä viittaamaan tähän zooidiin34 , koska sillä on ennakkotapaus ja se vastaa myös tämän zooidin todennäköistä hypoteettista alkuperää (ks. jäljempänä).

Haeckel hahmotteli kaksi mahdollista hypoteesia lonkeropalponien alkuperästä – ensimmäinen, Huxleyn ajama hypoteesi on, että ne eivät ole zooideja, vaan lonkeron tyvessä olevia sekundaarisia divertikkeleitä, jotka toimivat samalla tavalla kuin piikkinahkaisten putkijalkojen ampullat34,35. Toisen hypoteesin mukaan esi-isän gastrozooidin muokkautuminen ja alitoiminnallistuminen synnytti kaksi erillistä zooidia – gastrozooidin ilman lonkeroa ja lonkeropalponin lonkeron kanssa. Totton ehdotti ensimmäisen hypoteesin muuttamista ja esitti, että ”ampulla” on hypertrofioitunut basigaster (gastrozooidin aboraalinen alue, jolla on aktiivinen rooli nematogeneesissä), joka on irronnut muusta gastrozooidista26. Suosimme kuitenkin toista hypoteesia, joka perustuu gastrozooidista ja lonkeropalponista tehtyihin havaintoihin (kuvat 3-6; lisävideot 1, 2). Gastrozooidi ja lonkeropalponi ovat erillisissä varsissa (kuvat 5A,B ja 6A; lisävideo 2), ja ne kehittyvät erillisistä, erillisistä silmuista (kuvat 3A,B, 4; lisävideo 1). Näin ollen lonkeropalponi on Physalia physalis -lajille ominainen johdettu gastrozooidi, jolla on suurennettu lonkero, ei suuta ja joka on toiminnallisesti erikoistunut nematokystien tuotantoon. P. physalis -lajin gastrozooidit ovat myös johdettuja gastrozooideja, jotka ovat menettäneet lonkeronsa ja jotka ovat toiminnallisesti erikoistuneet vain ruokailuun. Subfunktionaalistuneiden gastrozooidien hypoteesi on myös muita hypoteeseja pelkistetympi, sillä zooidien modifikaatio ja subfunktionaalistuminen on yleistä sifonofooreilla – esimerkiksi palponeja pidetään johdetuiksi, modifioiduiksi gastrozooideiksi, joilla on tyypillisesti vähentynyt lonkero27.

Kuvat formaliiniin kiinnitetyistä kehittyvistä Physalia physalis -eläimistä. Kuvissa (A-E) on viisi eri yksilöä. Valokuvat 1 ja 2 esittävät saman yksilön vasenta/oikeaa puolta. Mittakaavapalkki on 1 mm. Lyhenteet: Tp: Tentacular palpon (numero osoittaa esiintymisjärjestyksen); G: Gastrozooid (numero osoittaa oletetun esiintymisjärjestyksen; G1 ja G2 esiintyvät todennäköisesti samanaikaisesti) P: Protozooid; PrT – Tentacle of protozooid; TpT: tentacular palpon lonkero (numero osoittaa esiintymisjärjestyksen).

Kuvat formaliiniin kiinnitetyistä Physalia physalis -toukista, optisella projektiotomografialla saadut kuvat. Kuvat ovat eri näkymiä samasta näytteestä. Mittakaavapalkki on 1 mm. 3D-kuva segmentoitiin ja vääräväritettiin eri morfologisten piirteiden korostamiseksi. Vihreä- gastrozooidit; Punainen- protozooidit; Oranssi- protozooidiin liittyvä lonkero; Tummansininen- lonkeropalponi; Vaaleansininen- lonkeropalponiin liittyvä lonkero. Ensimmäisen gastrozooidien ja lonkeropalponin tyvelle muodostuvat gastrozooidit ja lonkeropalponit ovat merkitsemättömiä ja väriltään vaaleanharmaita.

Kuvat elävästä juveniilista Physalia physalisista. Mittakaavapalkki on 1 mm. (A) Kehittyvä kolmiosainen ryhmä, jossa on gastrozooidi, lonkeropalponi ja kehittyvä gonodendroni. (B) Kaavio kolmiosaisesta ryhmästä. (C) Kehittyvä gonodendron, jossa on kypsiä gastrozooideja ja silmuja, joista syntyy gonofooreja, nectofooreja ja palponeja. (D) Kaavio kehittyvästä gonodendronista. (E) Lähikuva gonodendronin sisällä olevasta haarasta, proksimaalisesta distaaliseen: hyytelöpolyppi (Jp), palponi (P), nektofori (N), palponi, jossa on gonofooreja (Go) haaran varrella, lisäksi on nektofori, palponi ja gonofooreja, jotka ovat osa uutta haaraa. (F) Kaavio lähikuvasta gonodendronin sisällä olevasta haarasta.

Kuvat formaliiniin kiinnitetyistä nuorista Physalia physalis -zooideista, optisella projektiontomografialla saadut kuvat. Kuvat ovat saman yksilön eri näkymiä. Mittakaavapalkki on 2 mm. 3D-kuva segmentoitiin ja vääräväritettiin kolmiosaisten ryhmien korostamiseksi. Segmentoimaton kuva on esitetty alla. Vihreä- gastrozooid; tummansininen- lonkeropalpon; keltainen- kehittyvä gonodendron. (A) Kolmiosainen ryhmä, jossa on kehittyvä lonkero, gonodendron ja gastrozooid. (B) Kaksi sarjaa kehittyviä kolmiosaisia ryhmiä eri kehitysvaiheissa on korostettu, kun taas muut ovat näkyvissä, mutta eivät ole segmentoituja.

Historiallisesti ei ollut yhtenäistä terminologiaa, jolla olisi voitu kuvata kypsien sifonofooripesäkkeiden akseleita. Kypsien planktonisten sifonofooripesäkkeiden kuvaamiseen kehitettiin standardoitu järjestelmä, jossa pesäkkeen etupää on se, jossa on pneumafoorit tai nectofoorit, ja pesäkkeen takapää on se, jossa on vanhimmat zooidit (zooidit kulkevat kohti takapäätä pidentyvän varren avulla)36 (kuva 2A). Selkä-ventraaliakseli on kohtisuorassa tähän akseliin nähden, ja sifosomaaliset zooidit ovat kiinnittyneet varren ventraalipuolelle. Vasen ja oikea määritellään kohtisuoraan anterior-posterior- ja dorsal-ventraalitasoon nähden. Toukan suun puoleinen pää vastaa kypsän pesäkkeen takaosaa36. Koska Physalia physalis on pleustoninen laji, jolla on omaleimainen pesäkemorfologia ja -järjestys, on tärkeää homologisoida akselit muiden siphonophorien kanssa. Totton ei käytä termejä anterior-posterior, vaan määrittelee oraali-aboraalisen akselin, joka vastaa suoraan toukkien akselia, jossa protozooidi, ensimmäinen ravintoa tuottava zooidi (kuva 2B), on oraalisessa päässä ja pneumatofoorin apikaalinen huokos (huokos on pneumafoorin muodostavan invaginaation paikka) aboraalisessa päässä26. Pesäkkeen oraalinen pää vastaa siten posteriorista päätä36. Tämä vastaa suoraan muiden kirjoittajien määrittelemää anterior-posterior-akselia25,35, jossa apikaalinen huokos on määritelty pesäkkeen etuosaksi. Jotta terminologia pysyisi johdonmukaisena kaikissa sifonofooreissa, noudatamme tätä käytäntöä, jossa anteriorinen osa vastaa apikaalista huokosta ja posteriorinen osa protozooidia (kuva 2B). Dorsal-ventraalinen akseli on kohtisuorassa tähän tasoon nähden siten, että dorsaalinen puoli on kohti kellukkeen harjaa ja zooidin kiinnittyminen ventraalipuolella (kuva 2C). Noudatamme samoja vasen-oikea ja proksimaalinen-distaalinen akseli -käytäntöjä. Vaikka zooidien kiinnittyminen on ventraalipuolella, zooidien sijoittumisessa ja kasvussa on tässä lajissa hyvin selviä vasen-oikea-asymmetrioita, ja pesäkkeet ovat joko vasen- tai oikeakätisiä.

Cormidia määritellään tyypillisesti zooidien ryhmäksi, joka toistuu sifosomaalisen varren varrella monissa sifonofoorilajeissa27 (Kuva 2A). Monet kirjoittajat viittaavat ”cormidioihin” Physalia physalis -lajissa. Cystonectae-heimo, johon P. physalis kuuluu, on Codonophoran sisarheimo6,8. Cystonectat tuottavat kaikki zooidit yksittäisistä silmuista, jotka syntyvät varren suuntaisesti, kun taas probud-alajako (kaikki cormidiumin zooidit syntyvät yhdestä silmusta) on Codonophoran synapomorfia28. Probud-subdivisioona liittyy cormidioiden syntyyn Codonophoraan johtavan haaran varrella28. Tämän vuoksi ja siksi, että P. physalis on hyvin erilainen kehitykseltään ja morfologialtaan, emme käytä termiä ”cormidia” kuvaamaan P. physalis -organisaatiota.

Larvaliksen kehitys ja morfologia

Larvaliksen kehitystä ei ole havainnoitu suoraan, ja kehitystä on kuvattu vertailemalla kiinteiden yksilöiden morfologiaa23,24,26. Pienin kuvattu toukka on 2 mm:n kokoinen, ja se koostui pneumatofoorista ja kehittyvästä protozooidista lonkeroineen26. Pneumatofori muodostuu samalla tavalla kuin muutkin sifonofoorit, ja planulan aboraalisen pään invaginaatio muodostaa pneumatosaccuksen24,29,37 (kuva 7). Okada viittaa siihen, että tämän invaginaation muodostama apikaalinen huokos on täysin suljettu Physalian toukassa (kellukkeen pituus 2 mm), eikä kaasun hallittu vapautuminen pneumatofoorista ole enää mahdollista, kuten joillakin muilla sifonofoorilajeilla23. Mackie kuitenkin esittää, että huokos ei ole täysin suljettu edes täysikasvuisissa pesäkkeissä, vaan huokos on niin tiukasti ahtautunut, että kaasun vapautuminen ei todennäköisesti tapahdu luonnollisesti22. Muiden raporttien mukaan nuoret Physalia-lajit saattavat pystyä vapauttamaan kaasua huokosesta38. Varhaisimmissa vaiheissa protozooidin mahalaukun ja pääasiallisen mahalaukun ontelon välillä ei ole eroa24. Invaginaation kautta muodostuva pneumatosaccus työntyy päämahaonteloon, ja se on yhteydessä invaginaatiokohtaan24. Protozooidin erilaistuessa septum erottaa protozooidin mahalaukun ontelon päämahalaukusta23.

Skeemakuva pneumaattisen porfyyrin solukerroksista, josta käy ilmi koodonin, pneumatosaccuksen ja kaasurauhasen välinen ero. Oranssi – ektodermi; tummanharmaa – kitiini; punainen – endodermi; vaaleanharmaa – mesoglea.

Protozooidin etupuolella ventraalipuolella syntyy kolme nuppua kolmena poikittaisena poimuna26. Nuppujen järjestystä ja zooidien suhteellista kokoa koskevien havaintojemme perusteella näistä kolmesta nupusta takimmaisin on gastrozooidi G1, jota seuraavat toinen gastrozooidi G2 ja lonkeropalpon (merkitty Tp1) (kuvat 3A,B, 4). Kolmen poikittaisen poimun havaitseminen viittaa siihen, että G1, G2 ja Tp1 syntyvät kaikki samaan aikaan26. Kolmas gastrozooidi (G3) ilmestyy myöhemmin gastrozooidien G1, G2 ja lonkeropalpon Tp1 etupuolelle. Totton numeroi nuput sen perusteella, mihin oletettuun ”cormidiaan” ne kuuluvat kypsässä pesäkkeessä, mutta ei niiden esiintymisjärjestyksen perusteella26. Okada numeroi silmut oletetun ilmestymisjärjestyksen perusteella, joka eroaa omastamme vain siinä, että G2:ta pidetään ensimmäisenä silmuna, ehkä koon perusteella, ja G1:tä pidetään toisena silmuna23,24 (kuvat 3A,B). Täällä G2:ksi merkitty gastrozooidi on suurempi vanhemmissa yksilöissä (kuvat 3C,D, 4), mutta ei nuorimmassa kehittyvässä yksilössä (kuva 3A).

Physalia physaliksen pesäkkeet voivat olla joko vasen- tai oikeakätisiä, ja ensimmäisen lonkeropalpon (Tp1) ja lonkeron kiinnittymiskohdan sijainti on ensimmäinen osoitus vasen-oikea -asymmetriasta24,26. Lonkeropalpon lonkero sijaitsee joko vasemmalla tai oikealla puolella riippuen pesäkkeen kätisyydestä (kuvat 3, 4; lisävideo 1). Toissijaiset silmusarjat ilmestyvät aina samalle puolelle kuin lonkeropalpon lonkero. Protozooidin lonkeron kiinnityskohta voi olla jopa aikaisempi osoitus vasen-oikea-asymmetriasta (kuvat 3, 4; Supplementary video 1). Koska eläviä alkioita ei ole saatavilla, jää avoimeksi kysymykseksi, syntyykö vasen-oikea-asymmetria samanlaisten molekulaaristen mekanismien kautta kuin vasemman ja oikean asymmetrian taustalla on bilateriaareilla39.

Kun organismi kasvaa ja pneumatosaccus laajenee etupuolelle, uusia lonkeropalponeja kasvaa alkuperäisten gastrozooidien tyvelle (kuvat 3B2 ja 4). Kookkaammissa yksilöissä uusia gastrozooideja ja lonkeropalmuja muodostuu kolmen gastrozooidin (G1, G2, G3) ja lonkeropalmun (Tp1) etu- ja takapuolelle (kuvat 3C1,D). Gastrozooidien tyvelle muodostuu myös toinen sarja nuppuja ensimmäisen lonkeropalponin suuntaisesti (joko vasemmalle tai oikealle, riippuen pesäkkeen kätisyydestä)23 (kuvat 3D2, 4). Lisäksi protozooidin ja gastrozooidien primaarisen sarjan väliseen laajenevaan tilaan muodostuu sarja silmuja (kuva 3D, merkintä ”G”; kuva 4, gastrozooidit (vihreällä) lähimpänä protozooidia). Totton erottaa tämän suoraan protozooidin etupuolella sijaitsevan kasvualueen (kuva 3D, merkintä ”G”) alkuperäisestä alueesta ”oraaliseksi vyöhykkeeksi”, kun taas alkuperäinen silmusarja (mukaan lukien G1, G2, G3, G4, Tp1, Tp2 ja sekundaariset silmut) on ”päävyöhyke ”26 . Jotta nimeäminen pysyisi johdonmukaisena akselien kanssa, ehdotamme, että suuvyöhykettä kutsutaan ”posterioriseksi vyöhykkeeksi”. Vanhemmilla toukilla protozooidit ja takimmainen kasvuvyöhyke ovat fyysisesti erillään päävyöhykkeestä, mikä johtuu varren/ruodon venymisestä, joka kuljettaa takimmaisen kasvuvyöhykkeen pois pääkasvuvyöhykkeestä (kuva 3E).

Kun Physalia physalis jatkaa kasvuaan, päävyöhykkeen ventraalisivun varrella olevaa uutta tilaa vallataan uusilla nupuilla, jotka ovat linjassa alkuperäisen gastrozooidien sarjan (G1, G2, G3 jne.) ja lonkeropalpon kanssa. Sekundaarisia nuppuryhmiä syntyy edelleen lisää sekä taka- että päävyöhykkeelle, joko vasemmalle tai oikealle pesäkkeen kätisyyden mukaan (kuva 4). Harja tulee näkyviin (kuvat 3D,E), ja kellukka laajenee. Kun kelluke on täysin laajentunut ja pesäke kelluu meren pinnalla, haarautuminen ja kasvu alkaa tapahtua selkä-ventraalitasossa (kuva 2C). Täysin kypsissä yksilöissä zooidit valtaavat posteriorisen ja päävyöhykkeen välisen tilan, eikä näiden kahden kasvuvyöhykkeen välinen rako (jota kutsutaan basaaliseksi internodiksi) ole näkyvissä.

Pinnallisesti posteriorisen vyöhykkeen nuppusarja muistuttaa muiden sifonofoorien, kuten Nanomia bijugan40,41, kasvuvyöhykettä. Emme tiedä silmujen ilmestymisjärjestystä, mutta gastrozooidien suhteellisen koon perusteella (kuva 4) posteriorisen vyöhykkeen uudet silmut näyttävät syntyvän posterior-anterior-suuntaisesti ventraalista puolta pitkin päinvastaiseen suuntaan kuin muilla sifonofoorilajeilla (kuva 2B). Tämä ei sovi yhteen Haddockin ym. määrittelemän akselien määritelmän kanssa, jonka mukaan silmut syntyvät etupuolella ja kulkeutuvat varren pidentyessä takaosaan36. Kasvumallit ovat hyvin erilaiset Physalia physalis -lajissa, mikä saattaa kuitenkin viitata siihen, että varhaiskehityksen aikana kasvumallit ovat tässä lajissa käänteisiä. Numerointijärjestelmämme mukaan alkuperäinen silmusarja (G1, G2, Tp1) syntyy myös posterior-anteriorisesti, vaikka myöhemmät silmut päävyöhykkeellä syntyvät sekä anteriorisesti että posteriorisesti näihin zooideihin nähden.

Kasvumallit, joita voidaan havaita kiinteästi kehittyvistä Physalia physalis -yksilöistä, viittaavat siihen, että vaikka tämän lajin ja muiden sifonofoorien välillä on monia yhtäläisyyksiä, on olemassa myös monia eroavaisuuksia, jotka ovat ominaista vain tälle lajille. Muissa sifonofoorilajeissa zooidien ontogeneettiset sarjat sijoittuvat lineaarisesti runkoa pitkin siten, että vanhimmat ovat takapuolella ja nuorimmat etupuolella28,41 , vaikka joissakin lajeissa uusien zooidien on havaittu syntyvän runkoa pitkin42. P. physalis -lajilla on kolme pääkasvuakselia – ventraalipuolella, posteriorinen-anteriorinen posteriorisessa kasvuvyöhykkeessä (Täydentävä kuva S5A) sekä päävyöhykkeen etu- ja takapuolella; sekundaariset nuput ovat alkuperäisen nuppusarjan vasemmalla tai oikealla puolella ventraalipuolella, riippuen pesäkkeen kätisyydestä; ja kypsissä yksilöissä kasvu etenee proksimaalisesti-distaalisesti ventraalipuolelta (Täydentävä kuva S5A). S5B).

Kypsän Physalia physaliksen morfologia ja zooidien sijoittelu

Nuoret (sukupuolisesti epäkypsät) ja kypsät Physalia physaliksen yksilöt kelluvat meren pinnalla siten, että pneumafoorit eli kellukkeet ovat veden pinnan yläpuolella ja pinnalla ja että kaikki zooidit ovat veden pinnan alapuolella. Nuorilla P. physalis -eläimillä pneumatofoorin koko kasvaa edelleen, mutta se muistuttaa täysin sukukypsää muotoa. Kuten muillakin sifonofooreilla, pneumatofori on monikerroksinen rakenne, joka koostuu ulommasta kodonista, pneumatosaccuksesta ja kaasurauhasesta22 (kuva 7). Ulompi koodoni koostuu ektodermistä, mesogleasta ja endodermistä22. Kodonin sisällä on invaginaation kautta muodostunut pneumatosaccus, joka koostuu endodermistä, mesogleasta, ektodermistä, ektodermin erittämästä kitiinikerroksesta ja kaasutilasta22. Pneumatosaccuksen toisessa päässä on ektodermisolujen laajentunut kerros, joka muodostaa kaasurauhasen11,22. Kaasurauhasen sisällä olevat ilmamaiset solut tuottavat hiilimonoksidia kellukkeen täyttämiseksi, mutta hiilimonoksidin prosenttiosuus kellukkeessa on kuitenkin diffuusion ja kaasunvaihdon vuoksi pienempi kuin muissa sifonofooreissa14,17,43. Muista sifonofooreista poiketen pneumatofori on huomattavasti laajentunut, ja pneumatosaccus on vapaa mahalaukun sisällä ja kiinnittynyt vain invaginaatiokohtaan pesäkkeen etuosassa22. Pneumatosakkulan dorsaaliset ulokkeet sopivat codonin harjanteen taskuihin, ja codonin lihassupistusten ansiosta pneumatosakkula voi laajentua tähän tilaan ja pystyttää purjeen – tätä ”pneumaattista luurankoa” verrataan hydrostaattiseen luurankoon22. Zooidit ovat kaikki kiinnittyneet ventraalipuolelle (siirtyneet joko vasemmalle tai oikealle), ja ne jakavat tämän yhteisen mahalaukun – tämä alue on todennäköisesti homologinen muiden sifonofoorien varren kanssa44.

Nuorilla Physalia physalis -lajeilla ventraalisesta ”varresta” lähtevät ulokkeet, jotka kuljettavat zooideja distaalisesti poispäin kellukkeesta. P. physaliksen pesäkkeiden järjestely vaikuttaa ahtaalta ja jäsentymättömältä, erityisesti täysikasvuisissa yksilöissä, mutta niissä on kuitenkin selvä kasvumalli. Parhaat kuvaukset pesäkkeiden sijoittelusta täysikasvuisissa yksilöissä on antanut Totton, joka ehdotti, että kasvu tapahtuu muodostamalla kolmiosaisia ryhmiä26 (kuvat 5, 6; lisävideo 2). Kolmiosaiset ryhmät koostuvat lonkeropalponista ja siihen liittyvästä lonkerosta, gastrozooidista ja gastrozooidin juurella olevasta gonodendronista26. P. physaliksen morfologia on selkein nuorissa yksilöissä, joissa gonodendron ei ole täysin kehittynyt ja kehittyvät kolmiosaiset ryhmät ovat helposti tunnistettavissa (kuvat 5, 6B). Gonodendron on rakenne, joka koostuu useista erilaisista zooideista, kuten gastrozooideista, uros- tai naaraspuolisista gonofooreista (koloniat ovat kaksikotisia, ja sellaisenaan koloniat ovat joko uros- tai naaraspuolisia), nectofooreista, hyytelöpolypeista ja myös palponeista.

Kolmioryhmät kulkevat alaspäin varren pitkänomaisista ulokkeista, ja peräkkäiset kolmioryhmät muodostuvat vanhempien ryhmien tyvelle. Kypsissä pesäkkeissä vanhimmat zooidit sijaitsevat distaalisesti, ja kehittyvät zooidit muodostuvat kolmiosaisissa ryhmissä proksimaalisesti kellukkeeseen nähden (Täydentävä kuva S5B). Poikkeuksena tästä näyttävät olevan aivan vanhimmat zooidit, jotka muodostuvat varhaiskehityksen aikana (kuvat 3, 4) ja jotka pysyvät kiinnittyneinä proksimaalisesti varteen pitkien varsien avulla. Kolmiosaisissa ryhmissä on eroja zooidien kasvunopeudessa ja ulkonäössä: lonkeropalpon ja gastrozooidit kehittyvät molemmat varhain, kun taas gonodendron kehittyy ja kypsyy myöhemmin26. Kehittyvät ja kypsät lonkerot voidaan erottaa toisistaan paitsi koon ja pituuden myös värin perusteella – kypsän lonkeropalponin lonkerot ovat turkoosin sinisiä, kun taas kehittyvän lonkeron napit ovat violetin/vaaleanpunaisia. P. physaliksen sinisen pigmentin on ehdotettu olevan biliini-proteiinikompleksi, ja muiden kudosten vihreä, violetti ja vaaleanpunainen väritys johtuu konjugoimattomista sappipigmenteistä, jotka ovat todennäköisesti peräisin niiden ravinnosta12.

Gonodendrat ovat erittäin monimutkaisia haarautuvia rakenteita. Emme voi juurikaan hyödyntää Tottonin26 kuvausta gonodendron rakenteesta, mutta yritämme tässä yksinkertaistaa hänen kuvauksensa osia havaintojemme perusteella. Nuorissa yksilöissä pystyimme havaitsemaan kehittyviä gonodendroja, joissa oli kypsiä gastrozooideja (joita Totton kutsuu ”gonozooideiksi” tai sekundäärisiksi gastrozooideiksi) ja niiden tyvessä nuppuryhmiä, jotka jakautuvat ja synnyttävät kaikki muut gonodendronin sisällä olevat zooidit26 (kuva 5B). Gastrozooidien tyvessä olevat varret muodostavat gonodendronin päähaarat26. Haarautumista voidaan havaita kahdella tasolla: gastrozooidin varren muodostamat päähaarat (kuva 5B) ja gastrozooidien tyvessä olevat haarautumisrakenteet, jotka muodostuvat probudeista (kuva 5B ”kehittyvät silmut”), jotka jakautuvat, haarautuvat ja haarautuvat uudelleen ja muodostavat sarjan haaroja, joiden varrelle muodostuu nektofooreja, hyytelömäisiä polyyppeja, palponeja ja gonofooreja (kuvat 5E, F). Gonodendran haarakkeet koostuvat tyypillisesti sarjasta (proksimaalisesta distaaliseen) hyytelöpolypista ja kehittyneemmästä palponista, jota seuraa nektofori ja palponi, ja haarakkeen varrelle muodostuu ~ 10 tai useampia uros- tai naarasgonofooreja (pesäkkeen sukupuolesta riippuen) (Kuva 5E,F). Totton kutsuu osaa, jossa on hyytelöpolyppi ja palponi, haaran terminaaliseksi osuudeksi26 , kun taas haaran subterminaalinen osa voi muuttua palponiksi ja nektofooriksi (kuvat 5E,F) tai jakautua edelleen uudeksi terminaaliseksi ja subterminaaliseksi osaksi. Uudet probudit muodostuvat alueelle, joka on suoraan vastapäätä hyytelöpolypien sijaintia, ja synnyttävät uusia haaroja, jotka puolestaan haarautuvat uudelleen vastapäätä hyytelöpolypin sijaintia26. Joskus haara voi koostua vain palponista ja hyytelöpolypista26.

Ekologia ja elinkierto

Physalia physalis on kosmopoliittinen laji, jota tavataan trooppisilla ja subtrooppisilla merialueilla sekä satunnaisesti myös lauhkeilla alueilla26. Historiallisesti on kuvattu suuri määrä Physalia-lajeja koon, värin ja sijainnin perusteella26,35,44,45,46, mutta tällä hetkellä on kuitenkin vain yksi tunnustettu Physalia-laji – P. physalis27,46. Eri tunnistettujen lajien oletetaan olevan eri kehitysvaiheissa23,26,27. Atlantin tai Tyynenmeren/Indian valtameren P. physalis -populaatioiden geneettisestä monimuotoisuudesta ei kuitenkaan tiedetä mitään. On tehty yksi paikallinen tutkimus, jossa käytettiin kahta geneettistä merkkiainetta ja joka osoitti huomattavaa geneettistä monimuotoisuutta Physalian keskuudessa Uuden-Seelannin rannikon edustalla47 , mutta maailmanlaajuiset tutkimukset, joissa käytettiin useampia merkkiaineita, auttaisivat selventämään, kuvastaako tämä lajin sisäistä geneettistä monimuotoisuutta vai onko kyseessä kryptinen monimuotoisuus.

Koska toukkien kehittymistä ei ole havainnoitu suoranaisesti, niin kaikki, mitä tiedetään tämän lajin varhaisvaiheista, tiedetään troolinäytteistä kerätyistä kiinteistä näytteistä23,24,26. Gonodendrojen uskotaan irtoavan pesäkkeestä, kun ne ovat täysin sukukypsiä, ja nectoforeja saatetaan käyttää gonodendrojen kuljettamiseen vesipatsaan läpi25,26. Vapautuneita sukukypsiä gonodendroja ei ole havaittu, eikä ole selvää, millä syvyysalueella ne liikkuvat25,26. Ei myöskään tiedetä, miten eri kolonioiden gonodendrat käyttävät samanlaista tilaa hedelmöitymistä varten tai onko sukupuolisessa lisääntymisessä kausittaisuutta tai jaksottaisuutta. Alkioiden ja toukkien kehitys tapahtuu myös tuntemattomassa syvyydessä merenpinnan alapuolella26 (kuva 8). Kun kellukka on saavuttanut riittävän koon, nuori P. physalis pystyy kellumaan meren pinnalla.

Kuvio 8

Skeema portugalilaisen sotamiehen elinkaaresta. Sukukypsä Physalia physalis on kuvassa kellumassa meren pinnalla, kun taas varhaisen kehityksen uskotaan tapahtuvan tuntemattomassa syvyydessä meren pinnan alapuolella. Gonodendran uskotaan vapautuvan pesäkkeestä, kun se on sukukypsä. Muna- ja planula-toukkavaihetta ei ole havaittu. Munan ja planulan piirrokset ovat FreyaGoetzin (https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Nanomia_life_cycle_vector_wikimedia.svg) piirtämästä Nanomia bijugan elinkaaren kaaviosta, lisenssi CC BY-SA 3.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/deed.en).

Kypsä Physalia physalis käyttää purjetta saadakseen kiinni vallitsevista tuulista. Pneumatofoorin ulomman kodonin lihassupistukset pakottavat pneumatosaccuksen sisäisen paineen nousemaan ja mahdollistavat harjan pystytyksen22. Tämä on ainoa tiedossa oleva aktiivinen osuus liikkumisessa – gonofoorin sisällä olevien nektofoorien ei uskota vaikuttavan millään tavoin pesäkkeen aktiiviseen liikkeellelähtöön (vaikkakin niillä voi olla merkitystä, kun gonodendron on vapautunut)26. Purjeen suuntaus tuuleen nähden (vasen- ja oikeakätisyys) määräytyy varhaiskehityksen aikana, ja vaikka on esitetty, että pohjoisen pallonpuoliskon pesäkkeet ovat vallitsevien tuulten vuoksi vasenkätisiä ja eteläisen pallonpuoliskon pesäkkeet ovat oikeakätisempiä19,48 , tämän tueksi ei ole todisteita15,26. Tuulenvaihtelut johtavat todennäköisesti molempien muotojen satunnaiseen jakautumiseen pallonpuoliskosta riippumatta, vaikka samasta suunnasta tulevat voimakkaat jatkuvat tuulet näyttävätkin johtavan tietyn tyypin rantautumiseen15,49. Totton ehdottaa, että vasemman ja oikean suunnan epäsymmetria syntyy vallitsevan tuulen vaikutuksesta ensimmäisenä tuulisena päivänä26, mutta tämä on epätodennäköistä, koska epäsymmetria on varhain läsnä kehittyvissä yksilöissä.

Portugalin sotamiehen lonkerot voivat saavuttaa jopa 30 metrin pituisen pituuden täysikasvuisissa pesäkkeissä, ja ne raahautuvat veden läpi tuulen vaikutuksesta ja tarttuvat kohtaamiinsa kaloihin ja kalan toukkiin. Kalat ja kalan toukat muodostavat 70-90 prosenttia niiden ravinnosta, ja Physalia physaliksen lonkeroiden nematokystapatterit sisältävät yhdenlaista nematokystaa, joka pystyy tunkeutumaan vain pehmeärunkoisiin saaliseläimiin50,51. Nematokysta tuottaa myrkkyä, joka johtaa kalojen halvaantumiseen22. Myrkkyä sisältävän raakauutteen ruiskuttaminen kalan lihakseen johtaa yleiseen halvaantumiseen, joka vaikuttaa hermostoon ja hengityskeskuksiin, ja johtaa suurina annoksina kuolemaan52. Kun lonkero pääsee kosketuksiin saaliinsa kanssa, saalis kulkeutuu ylöspäin kohti kellukkeen pohjan lähellä olevia gastrozooideja. Gastrozooidit reagoivat välittömästi saaliin kiinnijäämiseen ja alkavat kiemurrella ja avata suunsa53. Monet gastrozooidit kiinnittyvät saaliiseen – jopa 50 gastrozooidin on havaittu peittävän kokonaan 10 cm:n pituisen kalan, kun niiden suut ovat levittäytyneet koko kalan pinnalle16. Gastrozooidit vapauttavat proteolyyttisiä entsyymejä kalan solunulkoista pilkkomista varten, ja ne vastaavat myös hiukkasten solunsisäisestä pilkkomisesta22,54. Sulatetut ravintotuotteet vapautuvat mahalaukun pääonteloon, josta muut pesäkkeet voivat ottaa ne vastaan22,54. P. physalis on kalojen ahne saalistaja, mutta sitä saalistavat myös merikilpikonnat55,56 sekä Glaucus atlanticus ja Glaucus marginatus, jotka ovat alastomia simpukkalajeja, jotka varastoivat ehjiä Physalian nematocystoja ja käyttävät niitä uudelleen omaan puolustukseensa57,58,59 . Lisäksi epäkypsien Tremoctopus violaceus -mustekalojen on havaittu kantavan P. physalis -lonkeroita selkävartensa imurivissä, ja lonkeroilla on oletettu olevan merkitystä sekä puolustautumisessa että saaliin pyydystämisessä60. Useat nuoret kalat elävät yhdessä Physalian kanssa ja niitä tavataan gastrozooidien ja gonodendran lähellä, mutta yhden lajin, Nomeus gronovii, on havaittu uivan lonkeroiden välissä ja syövän niitä30,61. Nomeus gronovii sietää Physalian myrkkyä huomattavasti paremmin kuin muut lajit, mutta P. physalis voi kuitenkin tappaa sen26,62.

.