Abstract Biological clocks are a ubiquitous feature of all life, enabling the use of natural environmental cycles to track time. Although studies on circadian rhythms have contributed greatly to the knowledge of chronobiology, biological rhythms in dark biospheres such as the deep sea remain poorly understood. Lacking day-night cycles, the deep sea allows organisms to adapt to other temporal effects such as geophysical cycles, which remain unknown. Here, based on a laboratory free-running experiment, we reveal potentially endogenous rhythms in gene expression of the deep-sea hydrothermal vent shrimp Rimicaris leurokolos . Oscillations with ∼12-hour periods, likely reflecting tidal influence, greatly prevail over others in the temporal transcriptome. The tidal transcripts exhibit an antiphased expression pattern divided into two internally synchronized clusters, correlated with wide-ranging biological processes that occur in the nucleus and cytoplasm, respectively. Exhibiting robust tidal transcriptional expression but relatively weak rhythmicity in circadian clock genes, R. leurokolos likely depends on a circatidal clock consisting of at least some components independent of the circadian clocks. In addition, comparing the tidal transcripts with the ∼12-hour ultradian rhythms genes in fruit fly and mouse shows large similarity, indicating the likely scenario of broad impact of tide on the ∼12-hour oscillations across the metazoan. These findings not only provide new insights into the temporal adaptations in deep-sea organisms but also highlight deep-sea hydrothermal vent organisms as intriguing models for chronobiological, particularly 12-hour ultradian rhythms, studies.

Abstract The Event-based Vision Sensor (EVS) is a bio-inspired sensor that captures detailed motions of objects, developed with the applicability to become the ‘eyes’ of machines and especially self-driving cars. Compared to conventional frame-based image sensors as employed in video cameras, EVS has an extremely fast motion capture equivalent to 10,000-fps even with standard optical settings and additionally has high dynamic ranges for brightness and also lower consumption of memory and energy. These features make the EVS an ideal method to tackle questions in biology, such as the fine-scale behavioural ecology. Here, we developed 22 characteristic features for analysing the motions of aquatic particles from the raw data of the EVS, and deployed the EVS system in both natural environments and laboratory aquariums to test its applicability to filming and analysing plankton behaviour. Our EVS monitoring in turbid water at the bottom of Lake Biwa, Japan identified several particles exhibiting distinct cumulative trajectory with periodicities in their motion (up to 16 Hz), suggesting that they were living organisms with rhythmic behaviour. We also carried out EVS monitoring in the deep sea aided by infrared lighting to minimise influence on behaviour, and observed particles with active motion and periodicities over 40 Hz. Furthermore, we used the EVS to observe laboratory cultures of six species of zooplankton and phytoplankton, confirming that they have species-specific motion periodicities of up to 41 Hz. We applied machine learning to automatically classify particles into five categories (four categories of zooplankton plus passive particles), which achieved an accuracy up to 86%. Our attempts to use the EVS for biological observations, especially focusing on its millisecond-scale temporal resolution and wide dynamic range provide a new avenue to investigate rapid and periodical motion and behaviour in small organisms. Given its compact size with low consumption of battery and memory, the EVS will likely be applicable in the near future for the automated monitoring of the behaviour of plankton by edge computing on autonomous floats, as well as quantifying rapid cellular-level activities under microscopy.

Abstract Background This study sheds light on the genetic blueprints of chaetogenesis (bristle formation), a complex biomineralization process essential not only for the diverse group of bristle worms (annelids) but also for other spiralians. We explore the complex genetic mechanisms behind chaetae formation in Osedax japonicus , the bone-devouring deep-sea worm known for its unique ecological niche and morphological adaptations. Results We characterized the chaetal structure and musculature using electron microscopy and immunohistochemistry, and combined RNAseq of larval stages with in-situ hybridization chain reaction (HCR) to reveal gene expression patterns integral to chaetogenesis. Our findings pinpoint a distinct surge in gene expression during the larval stage of active chaetogenesis, identifying specific genes and cells involved. Conclusions Our research underscores the value of studying on non-model, "aberrant" organisms like Osedax , whose unique, temporally restricted chaetogenesis provided insights into elevated gene expression across specific larval stages and led to the identification of genes critical for chaetae formation. The genes identified as directly involved in chaetogenesis lay the groundwork for future comparative studies across Annelida and Spiralia, potentially elucidating the homology of chaetae-like chitinous structures and their evolution.