Нематоды почувствовали градиент звукового давления своим телом
И отползли от источника звука
Группа исследователей из Китая, США и Южной Кореи выяснила, что нематоды Caenorhabditis Elegans, которые чувствуют звук всем телом, реагируют не на абсолютное звуковое давление, а на его градиент. Из-за этого они способны различать и избегать звуки, которые издают небольшие беспозвоночные хищники, но не реагируют на более громкий шум. Кроме того, такой механизм восприятия градиента звукового давления, по-видимому, общий для многих животных, включая других беспозвоночных и млекопитающих. Работа опубликована в Current Biology.
У нематод Caenorhabditis Elegans, как и у многих беспозвоночных, нет органов слуха, но они могут чувствовать звук и уползать от него, то есть проявлять отрицательной фонотаксис. В 2019 году Адам Илифф (Adam Illiff) из Мичиганского университета с коллегами показали, что звуковые вибрации черви ощущают всем телом, а их наружные покровы — кутикула — работают примерно как барабанная перепонка позвоночных. Тогда ученые определили механосенсорные нейроны червей, которые, вероятно, преобразуют звуковые волны в нервный импульс. И выяснили, что воспринимают черви именно колебания воздуха: мутанты, которые не чувствовали вибрацию субстрата, все равно проявляли фонотаксис.
Теперь Цань Ван (Can Wang) из Хуачжунского университета науки и технологий (он принимал участие и в прошлом исследовании) и его коллеги из Китая, США и Южной Кореи выяснили, как именно нематоды чувствуют звук. Они размещали рядом с головой нематод динамики разных размеров и включали звуки разной громкости и частоты.
Когда ученые помещали маленький динамик диаметром 0,5 миллиметра на расстоянии одного миллиметра от головы нематоды (что примерно равняется длине тела червя), и включали на нем звук частотой 1 килогерц и громкостью 80 децибел, черви разворачивались и ползли в противоположную от звука сторону. Но когда этот динамик заменили на больший, диаметром 3 миллиметра, нематоды не реагировали, хотя звук был таким же. Даже когда громкость увеличивали до 110 децибел или меняли частоту на большую или меньшую, нематоды не меняли траекторию своего движения.
Исследователи обнаружили, что кутикула червей вибрирует сильнее всего от звука из маленького динамика. С помощью кальциевой визуализации авторы оценили активность механосенсорных нейронов, которые и реагируют на звуковые колебания. Их активность уменьшалась с увеличением размера динамика, даже если громкость звука была одинаковой. На звук из трехмиллиметрового динамика нейроны червей не реагировали.
Также ученые выяснили, что звук из маленького динамика создает наибольший градиент звукового давления в теле нематод — это измерили с помощью миниатюрного микрофона. Давление звука, проходящего через среду, снижается с течением времени, — и в голове червя, которая ближе всего к динамику, оно выше, чем на конце его тела. Если источник звука небольшой, звуковое давление уменьшается быстрее, и таким образом градиент звукового давления по телу червя получается больше. Чтобы изменить звуковой градиент, авторы размещали динамики на разном расстоянии от головы червя — чем ближе был динамик, тем резче градиент. Абсолютное звуковое давление в области головы нематод тем временем не менялось. Черви демонстрировали наиболее устойчивые слуховые реакции только в ответ на резкий градиент. Градиент звукового давления коррелировал и с движением червей, и с вибрацией кутикулы, и с активностью механосенсорных нейронов.
Нематоды живут в гниющих листьях на земле, где им могут повстречаться разные беспозвоночные хищники. По всей видимости, именно их звуки — стрекотание, шуршание или шелест крыльев — и могут слышать черви, а вот более громкие звуки от источников большего размера для них не так важны.
Градиент звукового давления возникает и в тимпанальных органах кузнечиков, и в заполненной жидкостью улитке млекопитающих. В случае последних этот градиент, по всей видимости, необходим, чтобы активировались механочувствительные волосковые клетки улитки. То есть активация чувствительных к звуку нейронов происходит у разных животных по одному принципу.
Ранее ученые обнаружили, что эпигенетическая память позволила нематодам C. elegans избегать патогенных бактерий даже спустя четыре поколения. То есть одни черви встретились с бактерией, выяснили, что она опасна, и стали ее избегать, а их детям и внукам уже не потребовалось проверять бактерий на себе — они избегали их сразу благодаря унаследованным модификациям гистонов.
Зоологам помогли острый нюх собаки и анализ экзогенной ДНК
Зоологи переоткрыли златокрота Де Винтона — редкое млекопитающее, которое считалось вымершим с конца 1930 годов. Чтобы отыскать этот вид, исследователям пришлось воспользоваться помощью собаки, вынюхивающей златокротов, а также проанализировать экзогенную ДНК из почвы. В результате выяснилось, что златокрот Де Винтона не только не вымер. но и распространен намного шире, чем предполагалось ранее. Результаты исследования опубликованы в статье для журнала Biodiversity and Conservation. Златокроты (Chrysochloridae) напоминают кротов, однако не приходятся им близкими родственниками. Эти млекопитающие вместе с мадагаскарскими тенреками (Tenrecidae) и выдровыми землеройками (Potamogalidae) относятся к отряду афросорицид (Afrosoricida), который, в свою очередь, входит в кладу афротериев (Afrotheria) — к ней же принадлежат отряды хоботных (Proboscidea), сирен (Sirenia), даманов (Hyracoidea), прыгунчиков (Macroscelidea) и трубкозубов (Orycteropodidae). Златокроты обитают в Африке южнее Сахары, ведут роющий образ жизни и охотятся на беспозвоночных и мелких позвоночных. При этом одни виды строят системы тоннелей, а другие «плавают» в рыхлом песке. Сегодня ученым известен 21 вид златокротов. Некоторые из них широко распространены и довольно обычны, однако другие живут лишь на ограниченной территории и редко попадаются на глаза человеку. Например, единственным известным местообитанием златокрота Де Винтона (Cryptochloris wintoni) являются прибрежные дюны в окрестностях города Порт-Ноллот на северо-западе ЮАР. Этот вид был описан в начале XX века, а последняя встреча с ним датируется 1937 (по другим данным, 1936) годом. Некоторые ученые не сомневались, что златокрот Де Винтона вымер из-за разрушения родных для него экосистем в результате добычи алмазов. Однако их коллеги надеялись, что этот вид еще существует. В 2017 году природоохранная организация Re:wild даже включила златокрота Де Винтона в список 25 самых разыскиваемых биологических видов. Команда зоологов под руководством Саманты Минхардт (Samantha Mynhardt) из Университета Стелленбос решила поискать златокрота Де Винтона с помощью анализа экзогенной ДНК (генетического материала, который живые организмы оставляют в почве, воде или воздухе). Этот подход уже зарекомендовал себя в качестве инструмента для изучения редких животных и даже помог переоткрыть некоторые виды, которые считались исчезнувшими. Минхардт и ее коллеги отправились на западное побережье ЮАР и с помощью бордер-колли по имени Джесси (Jessie), натренированной вынюхивать три вида златокротов (пустынного (Eremitalpa granti), капского (Chrysochloris asiatica) и Ван Зила (Cryptochloris zyli)), отыскали норы, вырытые этими животными. Однако в окрестностях Порт-Ноллота были найдены тоннели, которые собака не узнала. Авторы предположили, что их вырыли златокроты Де Винтона, с запахом которых Джесси была незнакома, поскольку у зоологов отсутствовали достаточно свежие образцы этого вида. Затем исследователи вернулись на точки с тоннелями златокротов и собрали с их стенок 49 образцов песчаной почвы. Собранные материалы разделили на шесть групп в зависимости от региона сбора. Кроме того, авторы с помощью ловушек поймали по одному златокроту в заливе Ламбертс и в окрестностях Порт-Ноллота, взяли у них образцы ДНК и отпустили. В выборку также включили двух животных, которые были убиты домашними кошками и собаками, и которых добровольцы прислали зоологам для изучения. Исследователи выделили из образцов почвы экзогенную ДНК, после чего провели ее анализ. В результате удалось обнаружить свидетельства, что на исследованных участках вдоль западного побережья ЮАР живут четыре вида златокротов. Два из них обычны — это пустынный и капский златокроты. Еще один вид, златокрот Ван Зила, очень редок и не встречался зоологам с 2003 года. И, наконец, авторам удалось выявить во всех шести регионах генетический материал, принадлежащий неуловимому златокроту Де Винтона. Более того, оказалось, что особь, пойманная в окрестностях Порт-Ноллота, также с вероятностью 98,88 процента принадлежит к этому виду (три других экземпляра из выборки оказались двумя пустынными и одним капским златокротами). Правда, чтобы подтвердить повторное открытие златокрота Де Винтона, авторам пришлось дождаться публикации эталонной последовательности ДНК этого вида (она была выделена из музейного образца) в январе 2022 года. Результаты исследования подтверждают, что считавшийся вымершим златокрот Де Винтона существует до сих пор. Более того, судя по анализу экзогенной ДНК, он распространен намного шире, чем предполагалось ранее: от залива Ламбертс на юге почти до границы с Намибией на севере. Впрочем, скорее всего, златокрот Де Винтона довольно редок даже в подходящих местах обитания. Теперь зоологи намерены уточнить границы его ареала и принять меры для охраны этого вида, в частности, защитить его от разработки алмазов. Меньше месяца назад стало известно о повторном открытии еще одного вида, который считался вымершим на протяжении нескольких десятилетий. Зоологи выяснили, что проехидна Аттенборо (Zaglossus attenboroughi), которая до сих пор была известна по единственному экземпляру, добытому около 1961 года, до сих пор живет в Циклоповых горах на севере Новой Гвинеи. Запечатлеть неуловимого зверя удалось с помощью автоматических камер, установленных в тропическом лесу. Как и златокрот Де Винтона, проехидна Аттенборо была включена в список самых разыскиваемых видов.
