Данионеллы уплыли от опасности вслед за соседями по стае

Ученые из США выяснили, как стайные рыбы Danionella cerebrum узнают об опасности, наблюдая за поведением сородичей. Нейроны данионелл реагировали на исчезновение биологически движущихся объектов — то есть активировались, когда сосед резко уплывал или пропадал из виду. В результате наблюдатель спасался и сам, запуская цепную реакцию. Исследование опубликовано в Nature.

Животные в стаях и группах получают информацию об угрозе не только напрямую, но и через поведение соседей. Один замечает хищника, и убегает вся группа, потому что реакция передается от одной особи к другой. Это называют эффектом множества глаз (many eyes effect). И хотя на разных видах показано, какие нейроны отвечают за восприятие сородичей и коллективное поведение, нейронные основы коллективного бегства от опасности изучены не были.

Ученые из Калифорнийского университета в Сан-Диего во главе с Мэтью Ловетт-Барроном (Matthew Lovett-Barron) решили изучить это на прозрачной стайной рыбке Danionella cerebrum. Рыб размещали в квадратном аквариуме, две смежные стены которого были мониторами. На них отображалось трехмерное виртуальное пространство — морское дно и темное небо. В какой-то момент в нем появлялась темная сфера, которая надвигалась на рыб, имитируя приближение хищника. Заметив это, особи, находившиеся в аквариуме поодиночке, за полсекунды ускорялись на 6,0 ± 4,6 миллиметра в секунду. А рыбы, которые размещались группой из четырех особей, увеличивали скорость на 17,3 ± 2,7 миллиметра в секунду за то же время. Кроме того, особи в группах отплывали от угрозы дальше. Плыли они при этом в разные стороны, из-за чего расстояние между ними увеличивалось. Спустя десять секунд рыбы снова собирались в стаю.

Другая серия экспериментов показала, что рыбы, которые заметили угрозу не сразу, тоже ускоряются и рассеиваются. Однако их поведение зависит от того, сколько вокруг них информированных сородичей. Если много — они начинают ускоряться раньше. А те рыбы, которые вовсе не видели угрозы, ускоряются, только если вокруг них много особей, которые увидели ее сразу. Таким образом, информация об угрозе передается от рыбе к рыбе: чем больше уплывающих сородичей видит особь, тем быстрее реагирует сама.

Затем ученые создали виртуальных рыбок, которые плавали в трехмерном пространстве и уплывали или исчезали, когда реальная рыба подплывала к экрану слишком близко. И на это виртуальное бегство данионеллы тоже реагировали побегом, отплывая от монитора на 40–84 миллиметра — тем дальше, чем больше уплывающих виртуальных рыб они видели.  Но это происходило только когда виртуальные рыбки двигались естественно, чередуя рывки и скольжение и двигая хвостом. Если же виртуальные рыбы плыли линейно, а хвост был неподвижен, реальные рыбы не реагировали на их побег.

Нейроны рыб по-разному реагировали на движущиеся виртуальные объекты: сильнее всего — на приближающийся шар, имитирующий хищника, и на объекты, которые  двигались, как живые рыбы, и внезапно уплывали. Классификатор, обученный на активности нейронов рыб во время разных стимулов, различал биологическое и линейное движение с точностью 72,6 процента, но не различал побег и исчезновение. То есть рыбам было все равно, уплыл сородич или исчез — их нейроны реагировали на эти события одинаково. Конкретные нейроны, реагирующие именно на исчезновение или побег, располагались в основном в оптическом тектуме (аналог верхних холмиков четверохолмия у млекопитающих) и частично — в дорсальном таламусе, переднем и заднем мозге. 

Ученые пришли к выводу, что стаи данионелл рассеиваются, заметив угрозу, благодаря тому, что особи видят сородичей, которые внезапно уплывают или исчезают. Этим поведением управляет популяция нейронов, расположенных преимущественно в оптическом тектуме и таламусе: эти нейроны активируются быстрым исчезновением визуальных объектов, которые движутся, как рыбы. Подобные механизмы визуальной коммуникации, вероятно, работают и в других коллективных контекстах.

Ранее ученые обнаружили, что некоторые дикие рыбы способны узнавать дайверов по их костюмам и выделять того, кто угощает их лакомством.