07.12.2015

Чтобы узнать друг друга, рыбки смотрят друг другу в глаза

Как выяснилось в ходе экспериментов, рыбки цихлиды способны различить не только конспецификов (особей своего вида), но и знакомых и незнакомых особей. Эту работу провели японские зоологи, сделав химерные компьютерные модели рыб. В моделях ученые соединяли головы и тела от разных особей и наблюдали за реакцией подопытных рыбок на созданных виртуальных соседей. При виде изображений со знакомыми головами, но не телами, рыбки продемонстрировали характерную реакцию на знакомых особей: быстрее их замечали, разглядывали с более близкого расстояния и меньшее время. По расположению цветового рисунка на голове рыбок ученые заключили, что распознавание знакомцев начинается с области глаз.

Могут ли рыбы узнавать друг друга? Естественная первая реакция, основанная на высокомерном человеческом снобизме по отношению практически ко всем животным, будет отрицательной. Тем не менее группа японских ученых с факультета биологии и наук о Земле Осакского городского университета, отбросив предрассудки, серьезно занялась именно этим вопросом. Зачем?

Во-первых, интересно что-то понять о способности узнавать не просто конспецификов, а отдельных индивидуумов у разных групп животных. Ведь укоренившееся представление, что отличать особей друг от друга могут только люди или другие высшие приматы, быстрыми темпами уходит в прошлое. Напомню читателям две работы: в одной доказывается, что мухи узнают друг дружку по индивидуальному запаху, а в другой — что осы различают лица друг друга. Постепенно набираются данные и о других животных (обезьяны, овцы, некоторые птицы и рыбы), для которых важны «личные» связи, поэтому у них вырабатываются свои системы для распознавания индивидов. Так что данная работа — вклад в эту копилку.

Во-вторых, распознавание образов — одно из наиболее актуальных направлений развития современных интеллектуальных технологий. Как и во многих других областях, нам есть чему учиться у природы: «технологии» распознавания образов животными при всей своей относительной простоте отлажены миллионами лет эволюции. И рыбки здесь — один из самых удобных объектов изучения.

В-третьих, поскольку имеется большая вероятность, что многие механизмы распознавания образов единообразны для позвоночных, то рыбьи закономерности могут оказаться приложимы и к человеку. Ведь развинтить по винтикам (то есть по нейронам) механизмы организации распознавания образов у человека или у обезьян по многим причинам не получится. Но для начала нужно всё же доказать, что рыбки узнают друг дружку именно на основе визуальных образов, а не запаховых или еще каких-нибудь.

Ученые работали с рыбками цихлидами Neolamprologus pulcher из африканского озера Танганьика. За красивую окраску аквариумисты назвали этот вид принцессами. У них около глаз и на жаберной крышке имеются черные и желтые узорные полосы и пятнышки, подчеркнутые голубым, плавники и тело тоже желто-пятнистые или с голубовато-розоватым отливом. Эти рыбки размножаются в группах с жесткой иерархией, доминантными родительскими парами, кооперацией и «дружбой» (см. C. Brown et al., 2015. Machiavellian Intelligence in Fishes). Столь сложные отношения требуют надежного индивидуального узнавания. Предположение о зрительных стимулах в данном случае оправданы, так как эти рыбки живут в очень чистой, прозрачной воде и, более того, ярко окрашены.

Эксперимент состоял в следующем. Восемь рыбок-самцов рассаживали по одной в небольшие аквариумы и ставили аквариумы попарно стенка к стенке — и так выращивали их целый год. На то, чтобы привыкнуть к своему соседу, у рыбок уходила неделя. За это время агрессивная реакция — атака при виде соседа — практически исчезала.

Через год начался сам эксперимент. Сначала рыбкам, чтобы проверить реакцию на незнакомца, предъявляли нового соседа — и агрессивные атаки немедленно возобновлялись. И снова на привыкание уходило семь-десять дней. Затем рыбкам придумали новых соседей, но только теперь не живых, а показанных на мониторе в стенке аквариума. Но на видео были не просто разные конспецифики, а сконструированные изображения: голову одной из семи рыбок пририсовывали с помощью PowerPoint к телу другой, с перебором всех возможных вариантов. И таким образом получили химерные изображения. Типажей было четыре: голова и тело знакомые, голова знакомая — тело незнакомое, голова незнакомая — тело знакомое, голова и тело незнакомые. Потом изображение с химерными рыбками в течение минуты двигалось вдоль стенки монитора-аквариума туда и обратно три раза. В это время отслеживалась реакция принцессы-наблюдателя.

Измеряли несколько поведенческих параметров: когда и на каком расстоянии изображение было замечено; когда и на каком расстоянии рыбка остановилась перед изображением; как долго она его разглядывала. Эти характеристики, очевидно, должны различаться для узнанных соседей и для неизвестных чужаков.

Статистические обсчеты измерений показали, что принцессы отличают друг друга по головам, а не по окраске и форме тела. Их реакция на химер со знакомыми пятнами на головах сильно отличалась от реакции на носителей знакомых тел. Изображение со знакомой головой рыбка замечала с более далекого расстояния, а увидев, бросалась к нему и застывала на более близком расстоянии от экрана. И разглядывала рыбка знакомые лица меньшее время, чем знакомые тела. Соответственно, знакомые тела замечались с меньшего расстояния, а дистанция, с которого рыбка решалась их разглядывать, оказывалась заметно больше.

Интересно и важно, что при этом интервал времени между тем, когда рыбка заметила объявившегося вдруг соседа, и остановкой для его разглядывания был примерно одинаковым во всех случаях — 0,4–0,6 секунды. А ведь рыбка останавливалась для разглядывания изображения лиц и тела на разном расстоянии. Значит, она уже к этому моменту поняла, кто перед ней — старый сосед или чужак. Это означает, что время узнавания индивидуума занимает не больше 0,4–0,6 секунды. Примерно такое время требуется и человеку, и другим приматам для опознавания лиц. Вполне возможно, что здесь срабатывают какие-то сходные механизмы.

Все показатели для моделей со знакомыми лицами прекрасно соотносятся друг с другом. Да, знакомые замечаются с большего расстояния; да, на изучение знакомого лица (морды, габитуса) требуется меньше времени; да, со знакомым можно сблизиться на меньшую критическую дистанциюперед знакомым критическая дистанция сближения уменьшается. А для незнакомых характерны обратные соотношения. Ученые сделали неизбежный вывод, что рыбкам для узнавания нужно как следует рассмотреть именно «лицо» (если можно к рыбкам применить это слово), а не тело. Иначе распределение показателей было бы другим.

Также интересно рассуждение о расположении цветных пятен, по которым особи различают друг друга. Цветовые пятна — черные и желтые узоры — украшают область вокруг глаз и жаберную крышку. Но посередине между глаз на рыле пятен нет, как нет и других различий. Такая раскраска показывает, что при индивидуальном распознавании рыбий взор направлен в район глаза, то есть узнавание соседа, занимающее не больше полусекунды, происходит при оценке рисунка вокруг глаз. Ученые смело предположили, что принцессы при индивидуальном узнавании рыбы, как и многие другие позвоночные, смотрят друг другу в глаза.

Очень хотелось бы поверить в это почти мистическое умозаключение, но подождем. Всё же оно нуждается в серьезной (буквально — нешуточной) проверке. Но если оно подтвердится, то наше представление о рыбах как о бездушных, холодных и бесчувственных существах изменится: они же смотрят друг другу в глаза!

Источник: Masanori Kohda, Lyndon Alexander Jordan, Takashi Hotta, Naoya Kosaka, Kenji Karino, Hirokazu Tanaka, Masami Taniyama, Tomohiro Takeyama. Facial Recognition in a Group-Living Cichlid Fish // PLoS ONE. 2015. V. 10(11). P. e0142552. Doi:10.1371/journal.pone.0142552.

Елена Наймарк

Источники:

1. elementy.ru