Большие глаза, но меньший мозг у ночных рыб
Коралловые рифы кипят жизнью круглые сутки. С наступлением сумерек дневные рыбы отступают, а ночные выходят на поиски пищи. Эти рыбы обладают особыми чертами, адаптированными к жизни в темноте. Как же темнота влияет на их зрение?
Международная команда учёных под руководством доктора Терезы Иглесиас и профессора Эвана Экономо из Окинавского института науки и технологий исследовала, как мозг ночных рыб адаптируется к условиям низкой освещённости. Результаты опубликованы в Journal of Evolutionary Biology.
На сетчатке глаза есть два типа специализированных нервных клеток: колбочки (активны при ярком свете) и палочки (лучше работают в тусклом свете). Информация от них по нервам передаётся в зрительные центры мозга, где формируется целостное изображение. У большинства позвоночных зрительную информацию обрабатывает область мозга под названием зрительный тектум. Однако оставалось неясным, как он меняется для максимизации эффективности зрения в условиях слабого освещения.
Чтобы выяснить это, исследователи сравнили размеры зрительных тектумов у дневных и ночных рыб. Было поймано более сотни рыб почти 66 видов на рифах вокруг Гавайев и Северной Каролины (США). Улов включал 44 дневных и 16 ночных видов с разным рационом: хищники, планктонофаги и донные падальщики. Пойманных рыб фотографировали, их головы фиксировали в формалине. В лаборатории измерили размер глаз и хрусталиков, а затем отсканировали сохранённые мозги с помощью микро-КТ-сканеров.
Яркая среда богата визуальной информацией (цвета, узоры, текстуры), и её расшифровка требует более сложной обработки, чем в условиях плохого освещения. Например, современная камера фиксирует богатые цвета и мельчайшие детали, а чёрно-белые фотографии из старого альбома несут меньше информации. Аналогично, зрительный тектум должен уметь обрабатывать цвет, узор и яркость.
Глаза ночной рыбы-белки (Holocentrus rufus), обычного обитателя коралловых рифов, почти в три раза больше, чем у дневных рыб сопоставимого размера тела. Другие ночные рыбы демонстрируют ту же тенденцию. Исследователи предполагали, что сетчатка ночных рыб содержит больше палочек и колбочек, и для обработки этого объёма данных зрительный тектум должен быть больше.
Однако, к удивлению учёных, оказалось, что зрительные тектумы у рыб-белок и других ночных видов меньше, чем у дневных охотников. Это говорит о том, что их мозг пожертвовал возможностями, бесполезными в темноте. Поскольку цвет в условиях недостатка света неразличим, эти рыбы имеют ограниченное цветовое зрение и восприятие глубины, но зато хорошо обнаруживают движение.
Исследование также показало, что на размер зрительного тектума могут влиять поведенческие черты, например, способность к камуфляжу. Среди 66 изученных видов самый большой зрительный тектум оказался у павлиньей камбалы (Bothus mancus). Эти донные рыбы активны днём, но предпочитают охотиться ночью. Они — мастера камуфляжа, подобно хамелеонам, и могут мимикрировать под окружающую среду. По мнению учёных, эта черта объясняет высокоразвитый зрительный тектум: «Их зрительные центры могут быть важны для принятия правильной маскировки, а также для обнаружения движений хищников как при ярком, так и при тусклом свете», — говорит доктор Иглесиас.
Учётые отмечают, что нам ещё многое предстоит узнать о том, как среда и поведение вида формируют эволюцию его мозга. Они полагают, что эти находки помогут понять, как изменения среды обитания из-за деятельности человека (например, световое загрязнение) могут влиять на нейросенсорные способности рыб и других организмов.