На видео: как «мусорная рыба» американского Юга засасывает добычу
Аллигаторовая панцирная щука — зубастая рыба с узкой мордой, напоминающая аллигатора. Это крупнейший местный пресноводный хищник Северной Америки. Обитает в основном в Арканзасе, Луизиане и Техасе, достигая 3 метров в длину и 136 кг веса. Рыбаки долго считали её «мусорной рыбой» и выбрасывали, но для биологов, изучающих эволюцию рыб, она имеет особую ценность.
Чарльз Дарвин называл панцирных щук «живыми ископаемыми», так как их тело почти не изменилось со времён мелового периода (более 100 млн лет назад). Изучение современных особей помогает понять, как жили их древние родственники. Новое исследование Чикагского университета раскрыло детали питания щуки: она не только хватает добычу мощными челюстями, но и, что удивительно, использует всасывание, как пылесос.
Исследование, опубликованное в Journal of Morphology, использует высокоскоростную видеосъёмку для фиксации движений челюстей при захвате добычи. Постдокторант Джастин Лемберг, руководивший работой, применил измерения с видео к 3D-модели черепа щуки, чтобы реконструировать движение костей и суставов.
«Наличие живых существ, сохранивших древние черты, помогает понять данные палеонтологической летописи. Если мы поймём функцию этих черт у современной щуки, мы сможем лучше интерпретировать их появление у других ископаемых», — сказал Лемберг.
Преодоление физики воды
В отличие от человека с простым шарниром челюсти, у рыб сложные черепа с множеством костей, суставов и хрящей, которые скользят, сгибаются и вращаются. Это помогает решить проблему физики: при движении к добыче под водой тело рыбы толкает перед собой волну воды, которая может оттолкнуть пищу.
Костистые рыбы (teleosts), к которым относится большинство современных лучепёрых рыб (например, окунь), создают всасывание, расширяя рот и нёбо. Панцирных щук же считали простыми «боковыми хватателями», которые атакуют добычу, резко поворачивая морду в сторону и смыкая длинные ряды зубов.
Для исследования Лемберг использовал 17 аллигаторовых щук, которых вырастил сам, привезя мальков из рыбного питомника в Джорджии в Чикаго в своём Honda Civic.
Он приучил щук брать кусочки сушёного криля с пинцета под ярким светом, чтобы снимать на камеру со скоростью 500 кадров в секунду. Неожиданно, когда одна из щук оказалась у стенки аквариума и не могла использовать свой характерный боковой манёвр, Лемберг увидел, как кусочек криля начал двигаться в пасть сразу после её открытия и остался внутри после смыкания челюстей. Это означало, что щука тоже создаёт всасывание, как большеротый окунь. Весь процесс занял 42 миллисекунды.
«Было совершенно неожиданно увидеть, как щука просто открывает пасть, и пища "падает" в неё», — сказал Лемберг.
Лемберг также использовал детальную КТ-снимку черепа для 3D-модели. На видео он заметил вспышки белой, незагорелой кожи на верхней части черепа при смыкании челюстей. Реконструкция движения в модели показала, что часть нёба должна выдвигаться наружу вдоль уникального сустава — базиптеригоидного отростка — чтобы расширить челюсти и создать всасывание.
«Это указывает на то, что простое открытие широких плоских челюстей создаёт отрицательное давление, которое втягивает добычу. А при закрытии, вместо того чтобы выталкивать добычу водой, щука расширяет задние элементы, чтобы продолжить всасывание», — пояснил Лемберг.
Немного любви для щуки
Исследование дополняет скудную литературу о панцирных щуках и механике их питания. Лемберг отметил, что нашёл лишь одно исследование 1980 года, посвящённое именно щукам, и одно сравнительное исследование 2004 года.
Возможно, скромная щука заслуживает больше научного внимания. В марте этого года законодательное собрание Арканзаса присвоило аллигаторовой щуке статус государственной рыбы штата после кампании, начатой 10-летним мальчиком.
«Эти данные определённо нужны, потому что они многое рассказывают о питании древних рыб. Раз их не было, мне пришлось собрать их самому», — сказал Лемберг.