10.06.2014

Рыбы чуют, как дышат черви

Американо-японская группа ученых доказала существование особых сенсорных рецепторов у рыб. Эксперименты проводились на морских сомиках, которые, как выяснилось, могут реагировать даже на незначительные снижения pH среды. Чувствительность рецепторов настолько высока, что они регистрируют изменения, которые вызываются дыханием мелких беспозвоночных. Это означает, что сомики ощущают, как дышит их добыча.

Как рыбы, обитающие в темноте, у дна, находят себе пищу? Особенно если речь идет о бентофагах, выкапывающих свою малоподвижную добычу из слоя донного ила. Принято считать, что они ориентируются по запаху и вкусу. Запах привлекает рыбу издалека, а в непосредственной близости от кусочка пищи в действие вступают вкусовые сенсоры, которые выводят рыбу точно к цели. Именно так ищут, например, свою добычу глубоководные макрурусы, которые из-за отсутствия светящихся органов не могут полагаться на зрение (об этом можно прочитать в статье D. M. Bailey et al. 2007. A taste of the deep-sea: The roles of gustatory and tactile searching behaviour in the grenadier fish Coryphaenoides armatus). У рыб органы вкуса с вкусовыми рецепторами сосредоточены на специальных усиках на рыле, хотя вкусовые почки расположены вдоль всего тела рыбы. Как известно, вкусовые предпочтения и пищевое поведение у рыб строго наследуются; вероятно, у них нет и привыкания к ежедневной пище. Иными словами, рыба будет выбирать преимущественно то, что ей предписано видовым кодексом. И искать добычу будет так, как ей позволяют унаследованные пищевые рецепторы. Что это за рецепторы, помогающие обнаружить червяка, закопавшегося в грунт?

Ученые из Кагосимского (Япония) и Луизианского (США) университетов открыли новый вид рецепции у рыб, который, по-видимому, можно отнести к вкусовой рецепции. Он связан с регистрацией кислотности среды (водородного показателя, pH). Ученые выяснили, что при поиске добычи в темноте рыбы ориентируются именно на нее. Поразительна высочайшая чувствительность этих рецепторов: они реагируют даже на такие слабые изменения, которые вызываются дыханием животного, к примеру червя. Вспомним, что с точки зрения химии выдох, как бы он ни был оформлен, — это добавление в окружающую среду CO₂. При этом образуется угольная кислота, которая немного понижает pH. Как показали измерения, амплитуда изменений pH в непосредственном окружении червя (в радиусе 5 мм от него) — 0,15–0,25, а на расстоянии 1 см от червя кислотность среды уже не меняется.

Чтобы доказать, что рецепторы реагируют именно на снижение pH, были проведены два эксперимента. В первом из них сомикам в аквариум положили трубку, в которую подавали по капле воду с пониженным pH (добавив в морскую воду чуточку соляной кислоты). В соседнем аквариуме сидели рыбки, которым в трубку подавалась вода с фоновым pH 8,3. И в том и в другом случае измеряли время, проведенное сомиками около трубок. Около трубки с пониженным pH рыбки проводили примерно в два раза больше времени (рис. 2). Сомиков явно интересовала загадочная трубка с подкисленной водой, рядом с ней они демонстрировали пищевое поведение, пытаясь добыть несуществующего червя, кусали трубку.

Во втором эксперименте с помощью подведенных электродов измеряли непосредственное возбуждение нейронов, иннервирующих усики. Обездвиженным сомикам на 2–3 секунды подавали к губам и усикам воду с пониженным pH (например, с 8,23 до 8,17) и затем регистрировали нейронный потенциал. Даже при минимальном падении pH в нейронах возникала высокоамплитудная активация, затухающая через короткое время после стимуляции (рис. 3). Оба эти эксперимента показывают, что у сомиков имеется инструмент для реагирования на простое снижение кислотности, им для этого не нужны какие-то специальные запаховые стимулы специфического строения.

Это исследование помогает представить себе «мир сомиков» — мир, где пульсирующими точками отмечены вдохи и выдохи питательной мелочи, где медленно затухают дорожки, проложенные крупными быстрыми хищниками, где темная плотность четко обозначает проплывающего вдали соседа.

Елена Наймарк

Источники:

1. elementy.ru