Рыбы с собственными «эхолотами»

Более 200 видов семейства Mormyridae общаются друг с другом уникальным способом — с помощью электрических разрядов, генерируемых органом в хвосте.

В статье 2011 года в Science биолог из Университета Вашингтона в Сент-Луисе Брюс Карлсон описал две группы рыб-мормирид:

• Одна группа способна воспринимать тонкие вариации формы электрических сигналов.
• Другая группа гораздо менее разборчива.

Рыбы с развитым восприятием извлекают из сигналов огромный объём информации: вид, пол, возраст, статус доминирования, возможно, индивидуальность и эмоциональное состояние (агрессия, подчинение, ухаживание).

В исследовании, опубликованном 4 августа в eLife, Карлсон и аспирантка Криста Бейкер обнаружили нейронную основу этих различий, изучив сенсорные рецепторы рыб.

Спайки против осцилляций

Рецепторы в коже рыб, называемые knollenorgans, улавливают электрические импульсы соседей.

• У «разборчивых» рыб рецепторы распределены по всему телу и генерируют спайки (потенциалы действия).
• У «менее разборчивых» рыб рецепторы сгруппированы в три кластера на голове и производят осциллирующие потенциалы постоянной частоты.

Ключевое открытие: при получении сигнала осциллирующие рецепторы сбрасывают фазу своей осцилляции на определённую точку цикла, ненадолго синхронизируясь друг с другом.

• Это первый известный сенсорный рецептор, кодирующий стимулы путём сброса фазы собственных колебаний.
• Осциллирующие рецепторы кодируют только момент начала сигнала и его источник, но не его точную временную форму, в отличие от спайковых рецепторов.

Настройка на «коллективный разум»

Различия в настройке рецепторов объясняют их назначение:

• Спайковые рецепторы максимально чувствительны к частотам, характерным для сигналов особей своего вида.
• Осциллирующие рецепторы настроены на гораздо более низкие частоты, которые могут быть созданы только коллективной сигнализацией больших групп рыб.

Вывод: осциллирующие рецепторы помогают рыбам обнаруживать и находить скопления (косяки или стаи), а не отдельных особей.

Эволюционная причина различий

Учёные связывают различия в сенсорных системах с социальным поведением:

• Рыбы с развитым восприятием сигналов, как правило, одиночные и территориальные. Им важно идентифицировать конкретную особь (конкурент, партнёр, чужой вид).
• Рыбы с рецепторами, настроенными на групповые сигналы, более общительные (стайные). Для них успешная стратегия — оставаться с группой, а не различать индивидуумов.

Таким образом, различия в социальной организации создали разное эволюционное давление на системы коммуникации.