Коралловые рифы кипят круглосуточно. Поскольку дневные рыбы отступают в сумерках, ночные или ночные рыбы выходят на корм и охотятся. Обладая особыми чертами, эти рыбы приспособлены к жизни в темноте. Так как же темное окружение влияет на то, как они видят?
Международная группа ученых во главе с доктором Терезой Иглесиас и профессором Эваном Экономо из Окинавского института науки и технологий (OIST) приступила к изучению этого вопроса. Они исследовали, как мозг ночных рыб приспосабливается к условиям низкой освещенности, в которых они живут. Их выводы были недавно опубликованы в Журнале эволюционной биологии.
Сетчатка глаза имеет на своей поверхности два типа специализированных нервных клеток: колбочки и палочки. В то время как колбочки активируются при ярком свете, палочки лучше работают при тусклом свете. Информация, полученная этими клетками, передается по нервным окончаниям в центры обработки зрительной информации в мозге и объединяется в связные изображения. По словам профессора Экономо, у большинства позвоночных область мозга, называемая зрительной покрышкой, обрабатывает зрительную информацию. Однако «неясно, как это должно измениться, чтобы максимизировать эффективность зрения при слабом освещении», - добавляет он.
Чтобы выяснить это, исследовательская группа сравнила размеры зрительных покрышек в мозге рыб, которые активны днем и ночью. На рифах вокруг Гавайских островов и Северной Каролины, США, было поймано более сотни рыб почти 66 различных видов. Этот улов состоял из 44 дневных и 16 ночных видов с широким спектром пищевых привычек: одни питались другой рыбой, другие питались микроскопическим планктоном, а третьи были донными падальщиками. Пойманных рыб фотографировали, а их головы сохраняли в формалине. Позже в лаборатории исследователи измерили размер глаза и хрусталика каждой рыбы, а затем просканировали сохранившийся мозг животных с помощью микро-КТ-сканера.
Яркая среда богата визуальной информацией, такой как цвета, узоры и текстуры, и их расшифровка требует более сложной обработки, чем расшифровка плохо освещенной среды. Возьмите фотографии, например: новейшая камера может запечатлеть насыщенные цвета и мельчайшие детали человека или объекта. С другой стороны, черно-белые фотографии из старого семейного альбома раскрывают не так много. Точно так же оптический тектум в мозгу должен быть в состоянии обрабатывать цвет, узор и яркость.
Глаза рыбы-белки (Holocentrus rufus), обычного ночного обитателя коралловых рифов, почти в три раза больше, чем глаза дневных рыб аналогичного размера. Другие ночные рыбы также следуют этому образцу. Оптическая текта у ночных рыб может адаптироваться к темноте, расширяясь, чтобы обработать больший объем информации, который могут воспринимать более крупные глаза, или может сжиматься, если информация из среды с низким освещением уменьшается. Первоначально исследователи предположили, что сетчатка таких рыб будет загружена большим количеством палочек и колбочек, чем у рыб, ведущих дневной образ жизни, и поэтому для ее обработки требуется более крупная зрительная пластина..
К своему удивлению, однако, они обнаружили, что оптическая текта беличьей рыбы и других ночных рыб была меньше, чем у дневных охотников, предполагая, что их мозг пожертвовал способностями, которые не так полезны ночью. Поскольку цвет не виден в условиях дефицита света, эти рыбы имеют ограниченную остроту цвета и ограниченную глубину зрения, но вместо этого они умеют обнаруживать движение.
Исследование также предполагает, что поведенческие черты, такие как способность некоторых рыб к маскировке, могут влиять на размер оптической покрышки. Среди 66 видов рыб, отобранных учеными, у павлиньей камбалы (Bothus mancus) была обнаружена самая большая тектум зрительной системы. Камбалы-павлины обитают на песчаном дне рифов и активны днем, хотя охотиться предпочитают ночью. Подобно хамелеонам, они являются мастерами маскировки и могут имитировать окружающую среду, чтобы слиться с ней. Эта черта, по мнению ученых, может объяснить, почему павлиньи камбалы обладают такой высокоразвитой зрительной пластиной. «Их зрительные центры могут быть важны для принятия правильного камуфляжа, но они также важны для обнаружения движений хищника как при ярком, так и при тусклом свете», - говорит доктор Иглесиас.
Нам еще многое предстоит узнать о том, как окружающая среда и поведение вида могут формировать эволюцию его мозга, говорят ученые. Тем не менее, они считают, что эти результаты могут помочь понять, как изменения в среде обитания из-за деятельности человека, такие как световое загрязнение, могут влиять на нейросенсорные способности рыб и других организмов.