Электрические рыбы чувствуют мир через «ауры» соседей, словно сетевой радар

В мутных руслах африканских рек зрение становится практически бесполезным. Чтобы ориентироваться в окружающей среде, некоторые электрические рыбы развили шокирующую адаптацию, которая бросает вызов нашим представлениям о сенсорном интеллекте и командной работе в животном мире. 

Ученые из Института Цукермана при Колумбийском университете недавно узнали, что вид слабоэлектрических рыб (Gnathonemus petersii), также известный как гнатонем Петерса, или нильский слоник, или убанги, практически мгновенно обменивается сенсорной информацией внутри своей группы. Одна рыба в реке может мгновенно определить, что находится на большом расстоянии перед ней, используя электрическое поле, генерируемое ее сородичами, находящимися дальше. Результаты исследования были опубликованы в журнале Nature.

Это замечательное и невиданное ранее коллективное зондирование, аналогичное совместным системам, используемым в созданных человеком технологиях, таких как гидролокатор и радар.

«В технике часто группы излучателей и приемников работают вместе для улучшения чувствительности, например, в гидролокаторах и радарах. Мы показали, что нечто подобное может происходить с группами рыб, которые чувствуют окружающую среду с помощью электрических импульсов. Эти рыбы, кажется, «видят» гораздо лучше в небольших группах», — сказал Натаниэль Соутелл из Колумбийского института Цукермана. 

Электрические рыбы, например, плавающие в мутных водах бассейна Амазонки и рек Африки, генерируют и чувствуют изменения в электрическом поле вокруг себя. Эта способность, известная как электропорация, почти что суперсила. Когда объект прерывает или изменяет поле, создаваемое рыбой, это изменение фиксируется электрорецепторами. Таким образом, рыбы могут перемещаться по своей кромешной тьме, а также общаться, охотиться и уклоняться от хищников. Летучие мыши и дельфины используют аналогичные радарные сенсоры, за исключением того, что они полагаются на акустические сигналы (эхолокацию), а не на электричество.

Электрические поля генерируются специализированными органами, полученными из мышечной или нервной ткани. Это похоже на то, как работает батарея: ионы перемещаются внутрь и наружу ячеек, создавая потенциальную разницу в энергии. Электрический разряд органов (EOD) может сильно различаться у разных видов. Некоторые создают сильные электрические поля, а другие — более слабые. Сила и частота этих разрядов часто связаны с конкретными потребностями рыбы, такими как общение или тип добычи, на которую они нацелены.

Хотя ученые уже давно знали, что электрические рыбы могут чувствовать изменения в электрических полях вокруг них, они не были готовы, когда обнаружили, что существует сильный сетевой эффект.

Соутелл и его коллеги впервые разработали компьютерную модель, которая имитирует электрическую среду Gnathonemus petersii. Они настраивали модель под различные условия, включая сценарии, в которых электрическая рыба может улавливать сигналы, излучаемые соседними рыбами. Моделирование показало, что, подключаясь к электрическим сигналам ближайших членов группы, отдельная рыба может значительно расширить свой диапазон электролокации, потенциально утроив его.

«Думайте об этих внешних сигналах как об электрических изображениях объектов, которые близлежащие электрические рыбы автоматически создают и передают ближайшим рыбам со скоростью света», — сказал соавтор исследования Педраджа. «Наша работа предполагает, что каждая из трех рыб в группе получит три разных «электрических изображения» одной и той же сцены практически одновременно», — добавил Сотелл.

Исследователи искали у G. petersii нейронную основу, которая поддерживает предложенный эффект восприятия электрической сети. Они просканировали мозг рыбы и обнаружили доказательства того, что они могут обнаруживать как собственное электрическое излучение, так и внешние электрические сигналы (либо другие рыбы, либо искусственные электрические сигналы, генерируемые в лаборатории) в области мозга, ответственной за электроощущение.

Записанные ими закономерности мозговой активности очень напоминали предсказания компьютерного моделирования, проведенного исследователями. Дополнительные доказательства были получены в результате наблюдения за поведением рыбы. В своих аквариумах рыбы образовывали прямые линии и прямые углы, которые компьютерные модели определили как оптимальные для коллективного зондирования.

Кроме того, рыбы участвовали в точном электрическом диалоге, по очереди испуская электрические разряды в очень упорядоченной манере. Исследователи предполагают, что такое поведение «эхо-реакция», характеризующееся строгой очередностью, может иметь решающее значение для координации их коллективных сенсорных способностей.

 Концепция коллективного восприятия в животном мире не совсем нова. Однако то, как эти рыбы усиливают свои сенсорные способности, используя электрические сигналы своих собратьев, совершенно неслыханно. Это позволяет рыбам «видеть» окружающую среду с беспрецедентной четкостью даже в условиях, когда традиционное зрение сильно ограничено.

«Эти рыбы имеют одно из самых больших соотношений массы мозга и тела среди всех животных на планете», — сказал Сотелл. «Возможно, этот огромный мозг необходим для быстрого и сложного социального восприятия и коллективного поведения».