Исследование раскрывает сложное поведение морских ежей в ответ на угрозу хищников

Морские ежи, несмотря на ограниченную и древнюю сенсорную систему, демонстрируют сложное поведение при побеге от хищника. Эти морские беспозвоночные обычно двигаются медленно и с непредсказуемыми траекториями, но, уловив запах хищника, спасаются, следуя баллистическому движению — прямолинейному, быстрому и направленному.

Это утверждается в статье, опубликованной в журнале BMC Movement Ecology. Первый автор исследования — эксперт Жорди Пажес с факультета биологии и член Института исследований биоразнообразия (IRBio) Университета Барселоны, а также CEAB-CSIC. Соавторами статьи являются эксперты Хавьер Ромеро (UB-IRBio), Фредерик Бартумейс (CEAB-CSIC и CREAF) и Тереза Альковерро (CEAB-CSIC).

Морские ежи: от броуновского движения к супердиффузии

Paracentrotus lividus или морской ёж — травоядное животное с длинными и прочными иглами, обитающее на каменистом дне и в морских лугах Средиземного моря и Атлантического океана. Он относится к иглокожим и передвигается с помощью амбулакральной системы радиальной симметрии с пятью рядами маленьких ножек с присосками.

В исследовании команда сравнила в лаборатории модели движения P. lividus в зависимости от того, подвергаются ли они воздействию запаха одного из их главных хищников — морской улитки Hexaplex trunculus. В отличие от других исследований, сфокусированных на немедленной реакции на стимул, это анализирует модель движения ежей в течение минут и даже часов после получения стимула.

«До сих пор мы знали, что ежи могут реагировать на различные химические и световые стимулы в морской среде. Например, когда они чувствуют запах хищника или раненого ежа, они снижают активность и не покидают своего укрытия», — отмечает Жорди Пажес. «Однако мы не знали, насколько быстрой была реакция на химические стимулы и как она преобразуется в изменения траектории движения при отсутствии укрытия».

Исследование показывает, что при отсутствии стимулов (без запаха хищника) морские ежи двигаются разнообразно: от случайных и переменных траекторий без направления (броуновское движение) до супердиффузионных движений, которые предполагают большую сложность как в траектории, так и в поведении животного.

«Удивительно, что такие древние и простые беспозвоночные — без зрительных органов или центральной нервной системы — демонстрируют такие разнообразные и сложные модели движения. Способность двигаться с таким разнообразием траекторий в отсутствие запаха хищника будет способствовать, в эволюционном плане, их выживанию», — отмечает Пажес. «Фактически, ископаемые следы морских ежей в морских отложениях предполагают, что эти сложные движения происходили более 50 миллионов лет назад».

Как морские ежи реагируют на запах хищника?

Эта ситуация меняется, когда ежи чувствуют запах хищника. Тогда широкий спектр моделей движения исчезает, и остается только одна реакция: баллистическое движение — прямое, быстрое и направленное, типичное для побега. Например, в отсутствие запаха хищника средняя скорость ежей составляла около 8 см/мин, в то время как ежи, подвергшиеся химическому стимулу хищника, достигали 15 см/мин (в среднем 11 см/мин).

Быстрый и прямолинейный побег — это общая модель для жертв, спасающихся от хищника, который движется с аналогичной скоростью. Если скорость хищника и жертвы различается — или если стратегия охоты хищника состоит в перехвате или внезапном нападении — этот побег не сработает.

«Короче говоря, морские ежи могут воспринимать химические сигналы своих хищников и мгновенно реагировать, меняя модели движения. То есть они боятся хищников и реагируют соответственно. Эта последовательная и согласованная реакция у всех особей имеет адаптивный смысл», — говорит Пажес. «Это заставляет нас думать, что, подобно тому, как существуют оптимальные модели движения для поиска пищи, существуют оптимизированные движения для побега от хищников».

Каскадный эффект из-за страха перед хищником

Хотя изучение поведения животных может показаться простым любопытством, статья в BMC Movement Ecology открывает новые перспективы для понимания того, как это поведение может влиять на экологические процессы в большом масштабе. В экологии часто описываются каскадные эффекты из-за изменений в поведении жертв, вызванных страхом перед хищниками. Пажес объясняет подобный случай на островах Медес: «В охраняемых районах, таких как острова Медес — где популяция хищников больше, и, следовательно, риск стать жертвой также выше — морские ежи даже не пытаются покинуть укрытие, что делает популяции водорослей более обильными. С другой стороны, в километре от них, на побережье Монгри, где популяции хищников менее многочисленны, ежи осмеливаются выходить из укрытия и могут поедать популяции водорослей, оставляя участки скал без водорослей (так называемые «голые земли»)».

Классические модели для понимания взаимодействий между хищниками и жертвами — уравнения Лотки-Вольтерры — предполагают, что особи обеих популяций движутся как молекулы идеального газа, следуя броуновскому движению, пока случайно не встретятся. Именно тогда хищник съедает жертву. Недавно несколько исследований пересмотрели эти модели, чтобы добавить возможность того, что хищники могут двигаться более реалистично и сложно, «но они еще не сосредоточились на том факте, что жертвы также могут изменять модели движения и принимать сложное поведение», — отмечает исследователь.

«Наше исследование показывает, что если такой простой вид, как морской ёж, способен так четко реагировать на присутствие хищника, стоит добавить эту сложность в модели «хищник-жертва». Только так мы сможем предсказать способность сосуществования популяций хищников и жертв и понять популяционную динамику в природе», — заключает Жорди Пажес.