Новости и мнения

Электрическая Сенсация

Исследователи помогают определить пределы электрорецепции у слабоэлектрической рыбы, показывая, что это чувство может быть больше похоже на прикосновение, чем зрение.

Электрорецепция, подобная той, которую демонстрирует южноамериканская рыба-нож, позволяет животным ориентироваться, ощущать добычу и даже общаться, генерируя слабые электрические поля, отражающие объекты в окружающей среде. Ученые проводят параллели между этим уникальным чувством и видением в людях. Но новое исследование, опубликованное в сентябрьском выпуске Журнала экспериментальной биологии, предполагает, что в отличие от зрения, которое рисует широкую картину более отдаленной окружающей среды, электрорецепция у слабоэлектрической рыбы работает на очень коротких расстояниях, предоставляя информацию о ближайшем окружении, очень похожую на человеческое чувство осязания.

«[Исследователи] объединили измерение физических стимулов и то, как расстояние и размер объектов влияют на электрическое изображение, которое наносится на поверхность рыбы», – говорит Рюдигер Крахе, который занимается сенсорной обработкой слабоэлектрической рыбы в университете Макгилла, который не участвовал в исследовании. Связывая эти характеристики с поведением рыб, авторы продемонстрировали, какие изменения в электрическом поле рыба может ощутить. «Видение – это истинное чувство расстояния, и они показывают, что [электросенсация] у этих рыб близка к ощущению».

Рыба-нож Gymnotus, род слабоэлектрической рыбы, использует специально приспособленный орган для создания электрических полей для охоты, навигации и спаривания. Некоторые генерируют электромагнитные импульсы, чтобы постоянно пинговать окружающую среду, в то время как другие генерируют непрерывное электрическое поле в виде волны. Независимо от стратегии, электрические поля, создаваемые этими рыбами, довольно слабые (всего несколько милливольт); человек, касающийся рыбы, ничего не почувствует.

Несмотря на то, что исследователи изучали разновидности Gymnotus в течение 60 лет, все еще неясно, сколько информации рыба получает через свои электрические поля. Специализированный орган, который развился из мышечных клеток, производит электрическое поле. Рыбы чувствуют возмущения к этому электрическому полю, а также наличие электрических полей других организмов через электрорецепторы в их коже, большинство из которых расположены около рта.

«Электрорецепция – это неинтуитивная сенсорная модальность», – пояснил в электронном письме Ангел Капути, возглавлявший исследование в Instituto de Investigaciones Biológicas Clemente Estable в Уругвае. рыба использует его, чтобы «увидеть» мир. Ранее его сравнивали со зрением, но моделирование Капути и его коллег намекало на то, что электрорецепция действует на гораздо более коротких дистанциях, позволяя рыбе обнаруживать особенности своего окружения вблизи, но давая мало информации о вещах, находящихся на расстоянии более нескольких сантиметров.

Реакция новизны электрического ножа-рыбы. Источник: Р. Крахе.

Постоянный гул электрического импульса нетронутой рыбы-ножа. Источник: Р. Крахе.

Чтобы понять, как размер и местоположение объекта влияют на способность рыбы воспринимать его с помощью электрорецепции, Капути и его коллеги подарили рыбе- ножу G. omarorum металлические предметы. «Красота рыб импульсного типа … в том, что у них переменная частота пульса», – отметил Крахе. «Когда они ничего не делают, [электрические импульсы] относительно стабильны…. Если они что-то обнаруживают, они увеличивают частоту пульса». Таким образом, измеряя электрические импульсы, производимые рыбой, Капути и его команда могли определить действительно ли животные обнаружили объект.

Как и предполагалось, рыба-нож может обнаруживать большинство объектов только на коротких расстояниях – обычно в 10 миллиметрах от их кожи – на небольшом расстоянии для рыбы, длина которой составляет около 30 сантиметров (1 фут). И рыба могла точно определять местонахождение объектов только тогда, когда они почти касались их. «Рыба путает расположение двух объектов на расстоянии одного сантиметра, когда они находятся на расстоянии пол-сантиметра от кожи», – сказал Капути. Крупные объекты могут быть обнаружены на больших расстояниях до 2 или 3 сантиметров.

Капути, получивший медицинское образование, сравнивает такое ограниченное электросенесение с чувством осязания человека. Врачи обучены распознавать различные органы при надавливании на живот пациента, но более глубокие органы становятся более «размытыми» на ощупь, поскольку доктор пытается ощущать их через большее количество внутренних органов, объяснил Капути, так же, как объекты становятся более нечеткими. рыба, как они отступают к пределам электрического поля.

Интересно, что собственное тело рыбы, похоже, влияет на напряженность электрического поля. Напряженность электрического поля быстро уменьшается с расстоянием, как и электрические «изображения» отражаются от близлежащих объектов, когда они приходят в норму. Но оказывается, что тело рыбы помогает предотвратить дальнейшее снижение напряженности поля, когда отраженные импульсы приближаются к ее телу, помогая создать более устойчивое электрическое изображение на ее коже.

Капути и его группа исследуют более глубокую работу электросенсорной системы рыбы-ножа, внедряя электроды для записи сигналов от отдельных нейронов у свободно плавающих рыб. «Это поможет нам найти способ организации нервной системы для обработки электросенсорных изображений», – сказал он.

Еще один важный следующий шаг – понять, как ролевое движение может помочь рыбе обнаружить и найти объекты, сказал Крахе. Без изменения местоположения объекта или электрического поля, электрорецепторы рыбы-ножа будут «приспосабливаться» к раздражителю и больше не будут его ощущать, но движение может помочь рыбе вновь стать чувствительной к постоянным раздражителям. Крахе также отметил, что металлические предметы, использованные в исследовании, будут возмущать электрические поля рыб гораздо сильнее, чем, скажем, крошечные ракообразные дафнии, на которых они могут охотиться в естественной среде обитания.

Джон Льюис, который изучает сенсорную обработку в слабоэлектрической рыбе в университете Оттавы, согласился. G. omarorum в основном ведут ночной образ жизни и должны перемещаться по запутанным корням лилий. «Мы мало знаем о том, [как рыба ощущает] сложные природные объекты в более естественной среде», – сказал Льюис, который не принимал участия в исследовании. «Обнаружение – это одно, но выяснение, где [объект] является важным вторым уровнем в захвате добычи».

Изучите другие вдохновляющие от прикосновения статьи, в том числе исследование Специального выпуска этого месяца, посвященное странному одноименному сенсорному органу со звездным носом, и рассказ о животных, которые общаются с помощью ощущения вибрации в земле.

AC Pereira и др., «Активный электросенсорный диапазон Gymnotus omarorum », Journal of Experimental Biology , 215: 3266-3280, 2012.

Обсуждение

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *