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Between the 14 Feb and 1 May expedition POS520 with RV Poseidon and the submersible JAGO takes place off the coast of the cape verde island Santo Antão. The chief scientist, the JAGO team and participants of the cruise write here as guest writers. Today: Karen Osborn, Curator of Marine Invertebrates at the Smithsonian National Museum of Natural History in Washington, DC.
Hyperiid amphipods are mostly small crustaceans, related to beach hoppers, which are found exclusively in the midwater or pelagic ocean. They are abundant and diverse in open ocean waters, so numerous in fact that they are a major component of open water fish diets, as well as important and thorough scavengers.
Karen Osborn, Kuratorin für Marine Invertebraten am Smithonian NMNH im Tauchboot JAGO / Karen Osborn, Curator of Marine Invertebrates at the Smithsonian NMNH. Photo: Karen Hissmann/JAGO-Team
As we explore the midwater using the manned submersible JAGO, they are our constant companions – drawn to our lights to hunt in swarms. I am reminded of insects on a hot summer night swarming around the lights above revelers at a backyard barbecue. Given their large numbers, diverse morphology, and various ways they make their living, they are certainly the open ocean equivalent of insects. Like insects have on land, hyperiids have filled many ecological niches, diversified greatly, and significantly adapted their vast and watery habitat. As a curator of marine invertebrates at the Smithsonian National Museum of Natural History in Washington, DC, I am interested in how these animals have evolved to survive the many challenges of life in the open ocean.
In this vast habitat where there is no place to hide except in plain sight, some hyperiids live in association with gelatinous zooplankton such as salps, medusae, siphonophores or comb jellies, and are presumed to feed on their hosts and scraps of their host’s food. Others are free-swimming, active and voracious predators.
One feature that sets hyperiids apart from other crustaceans is their eyes. Within the approximately 350 described species we find at least 10 different types of eyes – some have no eyes, others have an extra pair, some use fiber optics to connect lenses to retinas, some have multiple retinas within a single eye, while still others have tubular retinas and a 360 degree view around their head. For many, their eyes cover the majority of the head with just a small space for the antennae tucked between the eyes at the front and a mouth below, and for many of these, the head accounts for more than a quarter of the body mass. Why put so much of your energy into eyes, why have so many different kinds of eyes evolved, and what can they actually see with these incredible eyes?
Karen Osborn zeigt eine Schöpfröhre mit vom JAGO – Team gewonnenen Proben/ Karen Osborn shows a scoop tube with samples taken by the JAGO-Team. Photo: Karen Hissmann / JAGO – Team
These are some of the questions I am working on as part of this expedition. Every sample turns up tens to thousands of hyperiids allowing me to prepare them for various investigations into the morphology and physiology of their eyes, to study the anatomy of the visual centers of their brains, and to observe their behavior. Already we have learned several new things about their behavior in midwater from direct observations through the wonderful view port on JAGO and from having them in the lab on board. We collected a wide diversity of species, including the largest species – Cystisoma magna, which is as large as my hand. This incredible animal is not often seen but is always remarked on when it is because of its large size and amazing transparency, gut, muscles, and protective exoskeleton are all completely transparent. With huge, slightly convex eyes, retinas that are dispersed into a wide mesh-like matrix suspended below the lenses, and a tiny brain spread out across several square centimeters, these have to be one of the strangest hyperiids. The arrangement of pigments in the mesh-like retina effectively makes the pigments in the retinas, which are necessary to absorb the light required for vision, invisible because the individual pigments spots are so small most eyes can’t distinguish them or the shadow they cast.
With further work on these incredible animals, we will provide inspiration for the development of new optical instruments, better understand the possibilities of vision in the deep sea, as well as the challenges of life in the midwater and how these ecologically important animals have adapted to survive here.
Phronima sedentaria im durchsichtigen tonnenförmigen Gallertmantel einer Salpe, deren Inneres der Flohkrebs vollständig aufgefressen hat. Er benutzt den Salpen-Mantel als Gehäuse. Der Kopf des Krebses ist die große, leicht dreieckige, transparente Struktur im oberen Teil des Tieres. Die Netzhäute oder Retinas sind die dunkelbraunen Punkte am unteren Rand des Dreiecks. Rote Chromatophoren (Pigmentzellen) bedecken hauptsächlich die größeren Gliedmassen und machen das Tier innerhalb des zähen, gallertartigen Salpen-Mantels sichtbar / Phronima sedentaria in its salp barrel. The head is the large slightly triangular transparent structure toward the top over the animal. The retinas are the dark brown dots at the bottom of the triangle. Red chromatophores or pigment cells cover the main appendages and make the animal more visible inside the tough, gelatinous barrel. Photo: Karen Osborn
Vom 14. Februar – 1. März findet vor der kapverdischen Insel Santo Antão die Expedition POS520 mit FS POSEIDON und dem bemannten Forschungstauchboot JAGO statt. Als Gastautoren und Gastautorinnen berichten der Fahrtleiter, Teilnehmende und das Jago-Team hier im Kapverden-Blog von der Fahrt. Heute: Karen Osborn, Curator of Marine Invertebrates at the Smithsonian National Museum of Natural History in Washington, DC.
Hyperiide Amphipoden sind zumeist kleinere Krebstiere aus der Gruppe der Flohkrebse. Sie sind mit den Strandflöhen verwandt und kommen fast ausschließlich im mittleren Freiwasserbereich der Ozeane, dem Pelagial, vor. Sie sind zahlreich und in großer Artenvielfalt im offenen Wasser der Meere vertreten und ein wichtiger Bestandteil der Nahrung von Freiwasserfischen. Sie sind außerdem wichtige und gründliche Aasfresser.
Während wir mit dem bemannten Tauchboot JAGO das mittlere Freiwasser erkunden, sind die hyperiiden Amphipoden unsere ständigen Begleiter. Sie werden vom Licht unserer Scheinwerfer angezogen und jagen in Schwärmen vor dem Tauchbootfenster im Lichtkegel der Lampen. Sie erinnern mich an Insekten in einer heißen Sommernacht, die wie Nachtschwärmer um die Lichter bei einer Gartengrillparty kreisen. Angesichts ihrer großen Anzahl und Artenvielfalt, ihrer unterschiedlichen Morphologie und Lebensweise, sind sie sicherlich das im Meer lebende Äquivalent zu den Insekten.
Wie Insekten an Land haben hyperiide Amphipoden viele ökologische Nischen besetzt, in denen sie sich diversifiziert haben. Sie sind perfekt angepasst an ihren riesigen, nassen Lebensraum. Als Kuratorin für mariner Invertebraten am Smithsonian National Museum für Naturgeschichte in Washington, DC, interessiere ich mich dafür, wie sich diese Tiere entwickelt und an die vielen Herausforderungen des Lebens im offenen Ozean angepasst haben, um darin erfolgreich zu überleben.
In diesem weitläufigen Lebensraum, in dem es keinen Ort zum Verstecken gibt, leben einige Hyperiiden in Verbindung mit gelatinösem Zooplankton wie Salpen, Medusen, Staats- oder Rippenquallen und ernähren sich vermutlich von ihren Wirten und deren Nahrungsresten. Andere sind frei schwimmende, sehr aktive und gefräßige Räuber.
Im Labor werden die Hyperiiden Amphipoden untersucht / The Hyperiid amphipods are sampled in the lab. Photo: Karen Hissmann / JAGO-Team
Ein Merkmal, das Hyperiiden von anderen Krebstieren unterscheidet, sind ihre Augen. Innerhalb der etwa 350 beschriebenen Arten finden wir mindestens 10 verschiedene Augentypen. Einige Arten haben gar keine Augen, andere haben ein zusätzliches Paar, einige verwenden Glasfaseroptik, um ihre Linsen mit der Netzhaut zu verbinden, manche haben mehrere Netzhäute innerhalb eines einzigen Auges, während andere wiederum tubuläre Retinas haben und dadurch eine 360-Grad-Sicht um ihren Kopf. Bei vielen bedecken die Augen den größten Teil des Kopfes. Sie lassen nur wenig Raum für die Antennen, die sich zwischen den Augen an der Vorderseite des Kopfes befinden. Der Mund liegt darunter. Bei vielen macht der Kopf mehr als ein Viertel der Körpermasse aus.
Warum stecken diese Tiere so viel Energie in ihre Augen, warum haben sich so viele verschiedene Arten von Augen entwickelt und was können die Krebse tatsächlich mit diesen unglaublichen Augen sehen? Dies sind einige der Fragen, an denen ich im Rahmen dieser Expedition arbeite. Jede Probe enthält zehn bis tausend Hyperiide. Sie erlauben mir, ihr Verhalten im Aquarium zu beobachten. Ich bereite sie für verschiedene morphologische und physiologische Detailuntersuchungen ihrer Augen und der Anatomie der Sehzentren in ihrem Gehirn vor.
Durch direkte Beobachtungen durch das wunderbaren Aussichtsfenster von JAGO und die Untersuchungen im Labor an Bord haben wir bereits einige neue Dinge über das Verhalten der interessanten Tiere im Freiwasser gelernt. Wir haben viele verschiedene Arten gesammelt, darunter die größte bisher bekannte Art – Cystisoma magna. Sie ist so groß wie meine Hand. Dieses unglaubliche Tier wurde bisher noch nicht oft gesehen, doch es fällt durch seiner Größe und erstaunliche Transparenz sofort auf. Darm, Muskeln und das schützende Exoskelett sind völlig durchsichtig. Mit ihren riesigen, leicht konvexen Augen und Netzhäuten, die in einem großen Gewebegeflecht unter den Linsen verteilt sind, und dem winzigen Gehirn, das sich über mehrere Quadratzentimeter erstreckt, gehören diese Tiere zu den seltsamsten Hyperiiden. Die Art und Weise, wie die Pigmente in der netzartigen Netzhaut angeordnet sind, ist außergewöhnlich und macht sie fast unsichtbar. Die Pigmente sind in der Netzhaut dafür da, das für das Sehen nötige Licht zu absorbieren. Bei Cystisoma sind die einzelnen Pigmentflecken so klein, dass sie von den Augen der meisten anderen Tiere nicht gesehen oder die von den Pigmentflecken geworfenen Schatten nicht unterschieden werden können.
Mit weiterführenden Studien an diesen unglaublichen Tieren erhoffen wir uns Inspiration für die Entwicklung neuer optischer Instrumente. Wir wollen die verschiedenen Möglichkeiten des Sehens in der Tiefsee noch detaillierter untersuchen und besser verstehen, wie diese ökologisch wichtigen Tiere die Herausforderungen des Lebens im tiefen Freiwasser meistern und ihre Anpassung an diesen Lebensraum sie hier erfolgreich überleben lässt.