Научная группа кафедры ихтиологии биологического факультета МГУ имени М.В. Ломоносова систематизировала все актуальные данные о реакциях водных обитателей на сигнальные молекулы рыб — кайромоны. Работа проходила при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (проект по подготовке обзорных статей «Экспансия» № 20-14-50039; единственный проект из области ихтиологии среди поддержанных), обзор опубликован в научном журнале «Вопросы ихтиологии».
Кайромоны рыб действуют не только на водных животных, но и на тех, чья жизнь связана с водой лишь частично. Источник: Александр Касумян / биологический факультет МГУ
Обитание в водной среде накладывает ограничения на коммуникацию организмов, и одним из главных способов контактировать друг с другом становятся химические сигналы. Общение рыб с помощью запахов изучено достаточно подробно, в то время как ответы других организмов на сигнальные молекулы, постоянно выделяемые рыбами в воду, — более скудно.
Заведующий кафедрой ихтиологии МГУ Александр Касумян, чья исследовательская группа занимается изучением хеморецепции и поведения рыб, решил собрать воедино все имеющиеся на сегодняшний день данные о том, как реагируют водные обитатели на выделяемые рыбами сигнальные вещества — кайромоны. Такое название используют для обозначения большой группы запаховых сигналов, которые регулируют взаимоотношения между представителями разных видов рыб и других животных.
«Исследовательское подразделение, созданное на биофаке в 1967 году специальным решением ректората МГУ, остается единственным в России, целенаправленно занимающимся изучением хемосенсорных систем и их значением в жизни рыб — многочисленных и крайне разнообразных позвоночных животных. Они занимают в водных сообществах особое положение, поскольку большинство является хищниками и замыкает разветвленные трофические цепи. Водные обитатели обладают прекрасно развитыми хемосенсорными органами и используют их для своих задач — поиска пищи, обнаружения опасности, размножения, миграций и многого другого, — рассказывает заведующий кафедрой ихтиологии, автор обзора, д.б.н. Александр Касумян. — Хемокоммуникации, которые рыбы поддерживают между собой, изучены хорошо, и химическое общение водных беспозвоночных, хеморецепция у которых устроена иначе, но функционирует столь же великолепно, изучается в мире также весьма активно. Но эти два направления до последнего времени развивались, слабо пересекаясь друг с другом. Обзор, подготовленный в рамках конкурса РФФИ «Экспансия», частично ликвидирует дистанцию между ними. Его основная задача — выяснить, насколько тесными и многообразными могут быть химические связи рыб с другими многочисленными водными животными, прежде всего беспозвоночными. Удивительно, но запахи рыб небесполезны даже тем, кто проводит в воде лишь небольшую часть своей жизни».
Анализ исследовательских работ показал, что сосуществующие с рыбами водные животные обладают хорошо развитой хеморецепцией, и вещества, распространяемые рыбами, вызывают у них широкий спектр поведенческих и физиологических реакций и морфологических преобразований. Некоторые организмы даже способны различать рыб по этим сигналам и реагировать на различных хищников по-разному.
В частности, мелкие водные рачки Daphnia magna при наличии запаха планктоноядной рыбы верховки опускаются на дно днем и мигрируют в верхние слои воды лишь вечером, ориентируясь на свет. Если же эти рачки чувствуют запах других хищников, преследующих и схватывающих своих жертв штучно, например, личинок комаров рода Chaoborus, то мигрировать они начинают по горизонтали. То есть в первом случае дафнии расходятся с хищником в пространстве и времени, адаптируя свои суточные циклы, а во втором — физически «убегают». В присутствии плотвы D. magna уходит на глубину, образует плотные скопления, при этом ученые отмечают у рачков увеличение частоты «прыжков». При возвращении в чистую воду поведение дафний нормализуется в течение нескольких дней. При дефиците пищи поведенческие эффекты кайромонов рыб у дафний проявляются слабее.
Некоторые же водные организмы не различают хищников по запахам. Так, двухстворчатые моллюски-фильтраторы Dreissena при появлении запаха плотвы, с которой они населяют один биотоп, подавляют свою фильтрационную активность и снижают продукцию пеллет (фекальных комочков). Сходным образом реагируют моллюски и на запах тех хищных рыб, с которыми обитают в различных биотопах и даже в разных географических регионах, то есть с которыми они на протяжении своей жизни и даже в своем эволюционном прошлом вряд ли пересекались.
К кайромонам рыб небезразличны даже наземные и летающие животные. Так, самки комаров предпочитают откладывать яйца в те водоемы, в которых рыбы отсутствуют, а добавление запаха рыб в воду мезокосмов — искусственных экспериментальных водоемов — почти полностью блокирует использование их комарами для размножения. Водные жуки (плавунцы, водолюбы и другие), перелетая из водоема в водоем для расселения, тоже избегают тех, которые населены и «пахнут» рыбами.
Отдельные водные обитатели в ответ на запах хищника начинают усиливать средства пассивной защиты — отращивать защитные структуры. Так, при постоянном присутствии в воде запаха линя у брюхоногого моллюска прудовика Radix balthica раковина постепенно становится толще, ее форма изменяется. Дафнии вида D. lumholtzi при запахе трехиглой колюшки начинают отращивать хвостовые иглы. Другие дафнии D. lumholtzi в ответ на запах синежаберного солнечника отращивают не только хвостовую иглу, но и длинный шип на голове.
Влияют запахи хищников и на ростовые процессы. В присутствии кайромонов все той же трехиглой колюшки науплии (личинки) веслоногого рачка Temora longicornis ускоряют темп роста, а у личинок стрекоз Lestes viridis ростовые процессы, напротив, замедляются. У головастиков лягушек и жаб, растущих в воде с запахом хищных рыб, меняются пропорции тела — их хвостовой плавник становится более высоким, что позволяет быстрее плавать и лучше маневрировать, спасаясь от опасности.
«В целом, ответы водных животных на запахи рыб носят явный защитный характер, причем независимо от того, являются ли эти реакции поведенческими (уход в укрытие, избегание, затаивание), физиологическими (снижение или увеличение темпа роста и созревания, изменение плодовитости) или морфологическими (усиление раковины, появление шипов и выростов, изменение пропорций тела). Причина — более высокое положение рыб в трофической иерархии, — подытоживает Александр Касумян. — Кайромоны рыб служат важнейшими регуляторами взаимоотношений между хищниками и их жертвами в водных экосистемах. Но многие свойства кайромонов остаются плохо изученными, например, каким образом соотносятся у жертв врожденные и приобретенные механизмы реагирования на кайромоны, где и каким образом продуцируются эти запахи в организме рыб, какую химическую природу имеют сигнальные молекулы и многое другое».
Информация и иллюстрация предоставлены пресс-службой МГУ
