Запах опасности в воде: тайна "шрекстоффа" раскрыта спустя 86 лет
Исследователи под руководством Ёсихиро Ёсихары из Центра наук о мозге RIKEN в Японии раскрыли рыбную тайну, датируемую 1938 годом: что такое "шрекстофф" (вещество тревоги), которое рыбы чувствуют по запаху, когда их сородичи в стае ранены?
Новое исследование, опубликованное в Current Biology, показало, что это вещество на самом деле является двумя веществами, каждое из которых передаёт отдельную информацию. Реакция бегства или замирания у рыб возникает только при одновременном обнаружении обоих химических сигналов. Такой тип биологически закодированного совпадения сигналов, вероятно, управляет многочисленными типами социального поведения у животных, включая человека.
История открытия и новая методика
В 1938 году лауреат Нобелевской премии Карл фон Фриш обнаружил, что стая гольянов ведёт себя так, будто поблизости хищник, если в их аквариум поместить раненую особь. Фон Фриш предположил, что некий "шрекстофф" выделяется из кожи раненой рыбы и обнаруживается её сородичами через обоняние.
Несмотря на годы исследований, идентифицировать эти вещества не удавалось. Успех команды Ёсихары связан с новым подходом к скринингу. Вместо наблюдения за поведением рыб в ответ на химические вещества, они отслеживали активность мозга. С помощью иммуногистохимии они визуализировали, какие области обонятельной луковицы мозга рыб активируются при добавлении в воду повреждённой кожи.
Два сигнала для одной реакции
Учёные проверили реакцию на кожу трёх видов рыб:
- Данио-рерио (zebrafish)
- Золотая рыбка (из того же надотряда Ostariophysi, что и данио)
- Медиака (из другого надотряда)
Было обнаружено три типа реакций в мозге:
- Неспецифическая — на кожу всех трёх видов.
- Специфичная для надотряда Ostariophysi — только на кожу данио и золотой рыбки.
- Специфичная для вида данио-рерио — только на кожу данио.
Поскольку у медиаки нет реакции тревоги, а данио слабо реагируют на кожу золотой рыбки, исследователи сделали вывод: для запуска поведения необходимы два химических сигнала:
- Ostariopterin — сигнал "Опасность!", специфичный для надотряда Ostariophysi.
- Daniol sulfate — сигнал "Для нас!", специфичный для вида данио-рерио (род Danio).
Подтверждение гипотезы
Используя методы биохимической очистки и хроматографии в сочетании с кальциевой визуализацией мозга, учёные выделили и идентифицировали оба вещества. Daniol sulfate был найден только у данио, а Ostariopterin — у многих видов из надотряда Ostariophysi.
Эксперименты с чистыми соединениями подтвердили теорию: характерная реакция страха у данио возникала только при одновременном присутствии в воде Daniol sulfate и Ostariopterin. Только в этом случае активировалась миндалевидное тело (амигдала) — область мозга, контролирующая реакцию страха, где, вероятно, и происходит "детекция совпадения" сигналов.
Значение открытия
"Этот тип биологической двухфакторной системы передачи сообщений может быть общей темой, лежащей в основе многих типов социальной коммуникации через обоняние", — отмечает Ёсихара. Подобные механизмы могут работать не только у рыб, но и у других животных, включая человека.