Рыбки-драчуны синхронизировали экспрессию генов в мозге
Ученые выяснили, что пара бойцовых рыбок во время драки синхронизирует движения, причем у каждой пары противников может быть свой «стиль» борьбы. Кроме того, за часовую драку у соперников синхронизируется экспрессия генов в мозге: транскрипция генов, связанных с активностью нейронов, ионным транспортом, функционированием синапсов, обучением и памятью, схожа в паре, но отличается от других дерущихся рыбок. Авторы статьи, опубликованной в журнале PLoS Genetics, считают, что одинаковая транскрипция может лежать в основе поведенческой синхронизации и быть универсальным явлением при социальных взаимодействиях.
При распределении ресурсов многие животные дерутся — особь, которая побеждает в схватке, получает, например, добычу, территорию или партнера. Часто драку не доводят о кровопролития, а лишь обмениваются ритуальными движениями: так соперники определяют, кто из них сильнее, не нанося друг другу реальный урон. О поведенческих особенностях драк самых разных животных известно довольно много, а вот о том, что происходит во время внутривидовых сражений на молекулярном уровне, известно мало. Например, неясно, синхронизируется ли транскрипция генов и активность нейронов у особей, которые вовлечены в схватку, — хотя известна синхронизация на нейронном уровне при взаимодействии летучих мышей и грызунов.
Ученые из Тайваня, Саудовской Аравии, США и Японии под руководством Норихиро Окада (Norihiro Okada) из Университета Китасато изучили дерущихся бойцовых рыбок (Betta splendens). 17 пар самцов сажали в отдельные аквариумы и давали им драться в течение часа. Оказалось, что схватка всегда происходит по одному плану: рыбы подплывают к поверхности, чтобы вдохнуть воздух, затем активно дерутся (нападают и кусают друг друга), а после этого сцепляются ртами на минуту-полторы. Такие циклы борьбы постоянно повторяются, в среднем 12 раз в час. Ученые проанализировали частоту и продолжительность всех трех типов событий драк и выяснили, что у каждой пары драчунов паттерн схватки свой, отличается от других и повторяется.
Чтобы выяснить, какие молекулярные процессы лежат в основе паттернов агрессивного поведения рыб, ученые секвенировали РНК всего мозга животных: пяти особей, не вовлеченных в схватку, пяти пар, которые дрались в течение 20 минут, и пяти — в течение часа. Линейный дискриминантный анализ транскриптома разделил рыб на три группы по времени схватки: после 20 минут борьбы особенно активны были гены, связанные с регуляцией транскрипции, а спустя час — гены стрессовой реакции, метаболизма, транспорта белков и ионов и сигнальных путей MAPK.
Анализ методом главных компонент и корреляционный анализ показали, что активность генов каждой из пар дерущихся рыб похожа, но отличается от других особей. Это справедливо для животных, которые дрались в течение часа: через 20 минут синхронизировались транскриптомы только одной пары из пяти. Всего синхронизировалась транскрипция более половины генов — в том числе связанных с нейронной активностью, выделением нейромедиаторов, функционированием синапсов и, что важно, долговременной памятью.
Пока неясно, как именно экспрессия генов у двух дерущихся особей синхронизируется, но, возможно, именно это явление лежит в основе и поведенческой синхронизации. Схожая экспрессия генов в мозге может быть универсальным свойством при взаимодействии животных — чтобы выяснить это, необходимо проводить дальнейшие исследования.
Мозг людей тоже может синхронизироваться — правда, не на молекулярном, а на нейронном уровне. Во время разговора у двух человек синхронизируется активность мозга, что видно на электроэнцефалограмме.
Алиса Бахарева
На это указали следы их кормления на окаменевшем участке морского дна
Первые глубоководные виды рыб появились уже в раннем мелу. К такому выводу пришли палеонтологи, проанализировав следы на каменной плите с итальянской формации Паломбини. По словам исследователей, скорее всего эти отметины создали придонные рыбы, которые рылись в субстрате абиссальной равнины в поисках беспозвоночных. Как отмечается в статье для журнала Proceedings of the National Academy of Sciences, вероятно, рыбы начали колонизировать глубоководную зону после того, как ее продуктивность резко выросла на рубеже юры и мела. Даже в глубинах океана можно встретить позвоночных животных. Например, южные морские слоны (Mirounga leonina) во время охоты погружаются примерно до 2400 метров ниже уровня моря, а клюворылы (Ziphius cavirostris) — до 3000 метров ниже уровня моря. А рыбы постоянно живут на глубинах до 8200-8400 метров. Рекордсменами среди них считаются морские слизни из рода Pseudoliparis, одного из которых ученые встретили в Идзу-Бонинском желобе к юго-востоку от Японии на глубине 8336 метров. Древнейшие известные свидетельства существования глубоководных, то есть обитающих ниже 200 метров от поверхности океана, позвоночных относятся к позднему мелу. В отложениях этого времени обнаружены остатки рыб из отрядов Aulopiformes и Tselfatiiformes, которые могли жить в толще воды в нескольких сотнях и тысячах метров ниже поверхности моря. Глубоководные придонные рыбы появляются в палеонтологической летописи еще позднее — в палеогене. По мнению специалистов, скорее всего, позвоночные начали заселять морские глубины намного раньше, но, поскольку ископаемые глубоководных обитателей чрезвычайно редки, убедительных аргументов в пользу этой гипотезы до сих пор не было. Обнаружить их удалось команде палеонтологов под руководством Андреа Баукона (Andrea Baucon) из Университета Генуи. В центре внимания исследователей оказалась известняковая плита с позднемеловой палеонтологической формации Паломбини в Италии. Она представляет собой окаменевший участок морского дна, который располагался на абиссальной равнине в западной части океана Тетис, на глубине более трех километров. Анализ нанофоссилий показал, что возраст образца составляет 132,6-121,4 миллиона лет. На поверхности плиты хорошо заметны многочисленные следы, которые, судя по всему, оставили какие-то живые существа. Их можно разделить на несколько типов. Следы первого типа неглубокие и напоминают диски диаметром от 12 до 41 миллиметра. Авторы отнесли их к ихнороду (то есть роду вымерших животных, описанному по следам жизнедеятельности) Piscichnus. Согласно устоявшимся представлениям, Piscichnus представляют собой следы кормления придонных рыб, которые с помощью челюстей или выдуваемой или вдуваемой струи воды удаляли морской осадок, чтобы добраться до спрятавшихся в нем беспозвоночных (так же охотятся и некоторые современные рыбы). По мнению исследователей, округлые следы на плите с формации Паломбини имеют аналогичное происхождение. При этом охота древних рыб, похоже, была успешной, поскольку внутри следов первого типа плотность окаменевших нор, принадлежащих беспозвоночным, ниже, чем за их пределами. Второй тип следов представляет собой двойные параллельные борозды длиной от 21 до 171 миллиметров и шириной от 12 до 48 миллиметров. Согласно современным наблюдениям, такие отметины оставляют на морском дне рыбы, когда в поисках добычи скребут ил или песок увеличенными верхними зубами. Так ведут себя, например, химеры (Chimaeriformes) и спаровые (Sparidae). Борозды на плите, могли возникнуть точно так же, хотя и неясно, какие именно рыбы их оставили. Вероятно, на плите с формации Паломбини остались отметины от кормления по крайней мере двух видов рыб: представители одного из них удаляли субстрат с помощью челюстей или струй воды, а второго — скребли его зубами. Наконец, третий тип следов представлен единственной канавкой в форме синусоидальной волны. Средняя длина этой волны составила 156 миллиметров, а амплитуда — в среднем 18 миллиметров. Исследователи отнесли ее к ихнороду Undichna. Предполагается, что Undichna — это следы, прочерченные в субстрате плавниками рыбы, которая проплывала невысоко над дном. Канавка на плите из Паломбини одиночная, так что она могла быть оставлена хвостовым или анальным плавником. Результаты исследования подтверждают, что рыбы заселили абиссальную зону уже в раннем мелу, не менее 120 миллионов лет назад. Это значительно раньше предыдущих оценок. Тем не менее, Баукон и его коллеги подчеркивают, что позвоночным понадобилось целых 400 миллионов лет, чтобы заселить глубоководные экосистемы. Для сравнения, на сушу они вышли уже через 150 миллионов лет после появления. Согласно одной из гипотез, в действительности рыбы обитали в морских глубинах уже давно, однако полностью или почти полностью исчезли около 91,5 миллиона лет назад в результате сеномано-туронского океанического бескислородного события, которое вызвало вымирание многих групп морской фауны. Впоследствии позвоночным животным пришлось заново колонизировать эту часть моря. Однако выводы Баукона и его соавторов противоречат данной идее. Глубоководные рыбы с формации Паломбини жили до массового вымирания на рубеже сеномана и турона и при этом по крайней мере особенностями кормления напоминали современных. Таким образом, бескислородное событие не было стимулом, после которого рыбы начали активно расселяться в глубокие слои океана. По мнению авторов, более вероятно, что глубоководные экосистемы долгое время были слишком бедными, чтобы поддерживать фауну позвоночных. Однако на рубеже юры и мела в океанах произошел быстрый рост продуктивности, отчасти связанный с появлением покрытосеменных растений и более активным выносом органических веществ с суши. В результате биомасса живых организмов на глубинах ниже 200 метров сильно увеличилась, что позволило рыбам заселить эту зону и дать начало разнообразным видам. В частности, здесь стало больше донных беспозвоночных, следы кормления которыми остались на плите из Паломбини. В пользу этой идеи говорит тот факт, что большинство групп рыб, которые доминируют в современных глубоководных экосистемах, появились в мелу, причем некоторые — в самом его начале. Среди них, например, трескообразные (Gadiformes) и ошибнеобразные (Ophidiiformes), возникшие 100 и 115 миллионов лет назад соответственно. Впрочем, не исключено, что другие группы рыб, например, химеры, и до этого проникали в глубоководные экосистемы, когда условия там становились подходящими — но никаких следов этого в палеонтологической летописи не осталось. Следы кормления на морском дне оставляют не только рыбы, но и головоногие моллюски. Например, глубоководные осьминоги Cirroteuthis muelleri ради охоты погружаются на 500-2600 метров. Большую часть времени эти моллюски дрейфуют в толще воды, где относительно безопасно и не нужно тратить энергию на плавание. А чтобы поесть, они спускаются на морское дно и ловят рачков и червей, оставляя на субстрате восьмиугольные отметины.
