Австралийские исследователи в статье для The Journal of Neuroscience впервые описали нейронную сеть, которая обрабатывает информацию от боковой линии у рыб. Оказалось, что входящие в нее клетки не локализованы в конкретных областях мозга, а равномерно распределены по нему. При этом большая часть нейронов реагировала на поток от головы к хвосту.
Один из важнейших органов чувств рыб и водных амфибий — боковая линия. Она представляет собой ряд рецепторов, расположенных от головы до хвоста и отслеживающих движение потоков воды. Благодаря информации, поступающей от боковой линии, водные животные ориентируются в пространстве, охотятся и взаимодействуют с сородичами.
До сих пор у специалистов имелись лишь базовые представления о том, как сигналы от боковой линии обрабатываются в головном мозге. Теперь команда австралийских исследователей во главе с Итаном Скоттом (Ethan K. Scott) из Квислендского университета представила первое описание нейронной сети, которая задействована в этом процессе.
Ученые провели ряд экспериментов с мальками данио-рерио (Danio rerio). Эта рыбка из семейства карповых (Cyprinidae) — излюбленный модельный организм в экспериментальной биологии. Подопытных данио обездвижили и поместили в микрофлюидную установку, с помощью которой создавался управляемый поток воды ко всей боковой линии. Мальки были генетически модифицированы таким образом, чтобы их нейроны светились в ответ на повышение концентрации ионов кальция. Это позволило отследить ответ отдельных нервных клеток на движение воды и выявить связи между ними.
Регулируя поток воды в установке и регистрируя реакцию на эти изменения, исследователи выявили несколько типов нейронов, ответственных за обработку сигналов от боковой линии. Например, нервные клетки, расположенные в ганглиях боковой линии, реагировали почти исключительно на направление потока от головы к хвосту или наоборот.
В головном мозге шла более тонкая обработка информации. Ученые обнаружили здесь нейроны, кодировавшие наличие, направление, начало, объем и, возможно, скорость потока. Они были распределены по всему мозгу, включая области, которые ранее не связывали с обработкой сигналов от боковой лини. Большая часть обнаруженных нейронов реагировала на поток от головы к хвосту. Информация о нем особенно важна для плывущей рыбы, поэтому неудивительно, что она обрабатывается столь подробно.
Авторы отмечают, что при принятии решений рыбы комбинируют данные, полученные от боковой линии, с информацией от других органов чувств. Понять, как именно это происходит, помогут новые исследования.
Недавно биологи создали экспериментальную модель, в которой поместили данио-рерио внутрь виртуальной реальности. Она позволила отследить поведение рыб и активность их нейронов в условиях симуляции. Первые опыты с ней привели к открытию группы нервных клеток, которые возбуждаются при несовпадении зрительных стимулов с движениями хозяина.
Сергей Коленов
Виной всему масштабное и преждевременное таяние морского льда
Четыре из пяти колоний императорских пингвинов в центральной и восточной части моря Беллинсгаузена не смогли вывести птенцов в 2022 году. Виной всему масштабное таяние льда, которое началось до того, как молодые особи успели опериться. В результате несколько тысяч птенцов пингвинов, скорее всего, утонули, а их родители покинули колонии. Как отмечается в статье для журнала Communications Earth & Environment, ученые впервые сталкиваются с провалом размножения у императорских пингвинов в пределах целого региона. Однако в будущем из-за антропогенных изменений климата такое будет происходить все чаще, что ставит будущее вида под угрозу. Императорские пингвины (Aptenodytes forsteri) выводят потомство в колониях, расположенных на морском льду вокруг Антарктиды. Они прибывают к местам размножения с конца марта по апрель, а в мае-июне откладывают яйца, из которых спустя два месяца вылупляются птенцы. Пингвинята растут медленно и оперяются только в декабре-январе. Таким образом, чтобы успешно вырастить птенцов, императорским пингвинам необходим стабильный ледовый покров с апреля по январь. Однако, по прогнозам ученых, из-за антропогенных изменений климата площадь льдов вокруг Антарктиды к концу века сильно сократится. В результате более девяноста процентов колоний императорских пингвинов лишатся подходящих мест для размножения, перестанут поддерживать свою численность и исчезнут. Команда орнитологов под руководством Питера Фретуэлла (Peter T. Fretwell) из Британской антарктической службы обнаружила, что по крайней мере в одном регионе Антарктиды императорские пингвины уже в наши дни испытывают серьезные проблемы из-за потери морского льда. Речь о море Беллинсгаузена, которое лежит к западу от Антарктического полуострова. В его центральной и восточной части расположены пять колоний императорских пингвинов, самая большая из которых насчитывает около 3500 пар, а самая маленькая — около 630 пар. Все они были открыты в течение последних 14 лет благодаря изучению спутниковых снимков — и лишь одну из них посещали ученые. В конце 2022 года, когда площадь ледового покрова вокруг Антарктиды находилась на рекордно низком уровне, некоторые части моря Беллинсгаузена начали оттаивать неожиданно рано и уже к ноябрю полностью очистились ото льда. Чтобы понять, как это сказалось на птенцах пингвинов, которые в это время года как раз переходят к самостоятельной жизни, Фретуэлл и его соавторы обратились к спутниковым снимкам всех пяти местных колоний. Исследователи искали на них коричневые пятна, соответствующие пингвиньему помету — по их площади можно судить о численности и успехе размножения колонии. В результате выяснилось, что из-за раннего исчезновения морского льда императорским пингвинам из большинства колоний в море Беллинсгаузена не удалось вывести потомство в 2022 году. Вероятно, птенцы в этих колониях не успели обзавестись водонепроницаемым оперением до того, как лед растаял, в результате чего утонули или умерли от переохлаждения, а их родители просто покинули колонии. Авторы оценивают потери в несколько тысяч молодых особей. В частности, вокруг колонии у острова Смайли, состоящей из примерно 3500 пар, припай разрушился на две недели раньше срока. Из-за этого часть местных пингвинов перебрались на большой айсберг, однако удалось ли выжить кому-то из птенцов, неизвестно. Колонию в заливе Верди осенью прибыло меньше особей, чем обычно — и даже они покинули ее после разрушения морского льда в конце октября — начале ноября. Колония Пфрогнер-Поинт, которая находилась на шельфовом леднике, также исчезла в начале ноября. А месяцем позже похожая судьба постигла колонию Брайант-Кост — после таяния многолетнего припая, на котором она располагалась. Исключение составила лишь небольшая колония у острова Ротшильда. Вокруг него ледовый припай начал разрушаться лишь в конце декабря, благодаря чему около 800 птенцов успели подрасти и опериться (эта цифра была получена во время облета колонии на вертолетах круизного лайнера). Судя по всему, таяние льда около острова Ротшильда замедлилось благодаря особенностям ландшафта и наличию айсбергов вокруг него. Фретуэлл и его соавторы отмечают, что отдельные колонии императорских пингвинов время от времени терпят неудачи, когда морской лед рушится под воздействием сильных штормов. Однако исследователи этого вида никогда не сталкивались с полным провалом размножения у большинства колоний в целом регионе. Более того, до сих пор в море Беллинсгаузена был известен всего один пример, когда колония не смогла вывести ни одного птенца за сезон. В теории императорские пингвины после неудачного года могли бы переместить колонию туда, где ледовые условия более надежны. Однако в море Беллинсгаузена таких мест почти нет. Экстремально низкая площадь антарктического льда в 2022-2023 годах не обязательно напрямую связана с антропогенными изменениями климата (поскольку она сильно колеблется от года к году). Возможно, эта аномалия лучше объясняется тремя подряд годами Ла-Ниньи. Тем не менее, по прогнозам климатологов, по мере того, как планета нагревается, площадь льда вокруг Антарктиды будет сокращаться. А значит, императорские пингвины все чаще будут испытывать серьезные проблемы с размножением, что поставит существование этого вида под угрозу. Магеллановы пингвины (Spheniscus magellanicus), которые обитают на побережьях Южной Америки, тоже страдают от антропогенных изменений климата. Однако для них проблемой стало не отсутствие льда (его в местах их обитания никогда не бывает), а участившиеся волны жары, которые убивают взрослых особей в период размножения. По расчетам зоологов, из-за все более жаркой погоды крупнейшая колония магеллановых пингвинов, расположенная на атлантическом побережье Аргентины, исчезнет в течение ближайших пятидесяти лет.