Японская рыбка как измеритель кислотности воды
28 июля 2014 г.
Изобретательность биологической эволюции не перестает удивлять не только дилетантов, но и ученых. Чего стоит, например, поистине безграничное многообразие возбудителей болезней и природных механизмов защиты от них! Ничуть не меньшую находчивость эволюция проявила и при формировании используемых хищниками методов поиска добычи и приемов охоты.
Группа американских и японских исследователей во главе с Джоном Каприо (John T. Caprio), профессором биологии университета штата Луизиана в Батон-Руже, опубликовала теперь в журнале Science статью, в которой представила весьма необычный механизм поиска пищи, применяемый одним из видов плотосов, они же - угрехвостые сомы.
Нетипичные сомы - японские угрехвосты
Речь идет об обитающей у берегов Японии хищной рыбке - японском плотосе (Plotosus japonicus). Длина тела - не более 15 сантиметров, на "морде", как и положено сомам - усы. Правда, в остальном японские угрехвосты мало похожи на других сомов: держатся стаями, активны лишь ночью, практически лишены чешуи, строением задней части тела напоминают угрей (чем и объясняется их русскоязычное название), а концы их спинного и грудных плавников снабжены ядовитыми колючками. Впрочем, японские угрехвосты ведут вполне типичный для сомов придонный образ жизни.
Для профессора Каприо, изучающего органы обоняния и вкуса у рыб, японские угрехвосты представляют особый интерес, поскольку у них вкусовые рецепторы расположены практически по всему телу - недаром эту рыбку называют порой "плавающим языком".
Ученый посвятил исследованию японских угрехвостых сомов почти тридцать лет, выполнив неимоверное количество экспериментов. Он наносил на кожу подопытных животных одну за другой самые разные субстанции и регистрировал электрические сигналы в нервных волокнах, ответственных за передачу вкусовых и обонятельных ощущений в головной мозг. Профессор Каприо говорит: "Работая над этим проектом, я как-то раз вдруг зарегистрировал на некоторых нервных волокнах гораздо более сильные сигналы, чем те, что мне доводилось наблюдать ранее".
Кислотно-щелочные рецепторы японских угрехвостов
Вскоре выяснилось, что столь интенсивную реакцию нервных волокон вызывали вовсе не те раздражители, которые ученый наносил подопытной рыбке на кожу. А какие же? Долгое время поиски ответа на этот вопрос оставались безрезультатными.
Неожиданную разгадку дал эксперимент, в ходе которого ученые меняли водородный показатель воды. Выглядело это так: японского угрехвоста поместили в аквариум с морской водой с типичным для нее водородным показателем 8,2 и уложили на дно шланг, по которому можно было пополнять воду в аквариуме. За поведением рыбки исследователи следили с помощью инфракрасной камеры ночного видения. Пока по шлангу подавалась такая же вода, какая уже была в аквариуме, то есть с водородным показателем 8,2, японский угрехвост на это никак не реагировал, говорит профессор Каприо: "Но едва мы переключились на подачу воды с водородным показателем 8,1, как рыбка чрезвычайно оживилась и тотчас вцепилась зубами в шланг".
Таким образом, уже крайне незначительное повышение кислотности воды - всего лишь 0,1 единицы - вызывает у японского угрехвоста бурную реакцию.
Рецепторы помогают рыбке найти в донном иле червя
Но зачем эволюция снабдила его столь чувствительными кислотно-щелочными рецепторами? Профессор Каприо и его коллеги уверены: для поиска пищи в кромешной тьме, а именно - червей в донном иле. Исследователи поместили на дно аквариума норку морского кольчатого червя вместе с ее обитателем и замерили вблизи нее уровень кислотности воды. Еще в полутора сантиметрах от норки индикаторы никакого изменения водородного показателя не зарегистрировали, рассказывает ученый: "Но в пяти миллиметрах от червя водородный показатель снизился на 0,1 - 0,2 единицы. Это связано с тем, что червь в процессе своей жизнедеятельности выделяет в окружающую среду углекислый газ".
Углекислый газ, растворяясь в воде, образует угольную кислоту, в результате чего кислотность морской воды в непосредственной близости от червя слегка повышается, водородный показатель падает до 8,0 - 8,1. "Рыбка ищет добычу в донном иле, - говорит профессор Каприо. - Она просто плывет у самого дна, и каждый раз, когда ее рецепторы регистрируют легкое снижение водородного показателя, она знает, что здесь есть чем поживиться".
Рост кислотности океанской воды - недооцененная угроза
До сих пор наука не знала животных, обладающих столь чувствительными кислотно-щелочными рецепторами, не говоря уже об использовании их для охоты, подчеркивает ученый. Есть ли такие же рецепторы у других рыб, пока неясно. И как они устроены и где точно расположены, еще только предстоит выяснить: "Мы знаем, что эти рецепторы имеются на усах и вокруг ротового отверстия. Но не исключено, что они распределены по всему телу рыбки".
Примечательно, что пик чувствительности этих рецепторов приходится на водородный показатель 8,2. При повышении кислотности до значений водородного показателя ниже 8,0 чувствительность рецепторов резко падает, и японский угрехвост практически лишается возможности находить себе пищу. Таким образом, наблюдаемый в последние годы рост кислотности океанов, связанный с антропогенным выбросом углекислого газа в атмосферу, чреват трагическими последствиями не только для беспозвоночных, образующих наружные скелетные структуры из карбоната кальция, вроде коралловых полипов или раковинных моллюсков, но, возможно, и для многих других обитателей мирового океана.