Рыбы, которые пукают
Открытие, что сельдь общается с помощью собственного метеоризма, — одна из самых неожиданных находок морской биологии. Хотя у рыб нет сложности кишечного микробиома, определяющей газообразование у млекопитающих, несколько видов выработали удивительное применение газу — от целенаправленного акустического сигнала до управления плавучестью. Океан, как выясняется, слегка более «метеористичен», чем предполагалось.
Открытие общения сельди
В 2003 году морские биологи Бен Уилсон и Роберт Бэтти из Шотландской ассоциации морских наук вместе с Лоуренсом Диллом из Университета Саймона Фрейзера опубликовали знаковое исследование в журнале Proceedings of the Royal Society B. Они обнаружили, что тихоокеанская и атлантическая сельдь производит быстрые серии пузырьков из анальной области, названные ими Fast Repetitive Ticks, или FRT, — аббревиатура, выбор которой почти наверняка был намеренным. Эти звуки производятся выпуском газа из плавательного пузыря через анальный проток и отличаются от пищеварительного газа сельди. Важно, что производство FRT возрастает в присутствии другой сельди и снижается в одиночестве, что настойчиво указывает на функцию социального общения. Исследователи предположили, что FRT позволяют сельди сохранять сплочённость косяка в темноте, когда визуальные сигналы недоступны.
Плавательный пузырь: многофункциональный орган
Большинство костистых рыб обладают плавательным пузырём — заполненным газом внутренним органом, используемым прежде всего для контроля плавучести. Плавательный пузырь позволяет рыбе поддерживать нейтральную плавучесть на разных глубинах без постоянных усилий, регулируя количество содержащегося в нём газа. У многих видов плавательный пузырь также играет роль в производстве и восприятии звука. У сельди, в частности, плавательный пузырь связан и с внутренним ухом, и с анальным протоком, создавая примечательно интегрированную акустическую систему и систему плавучести. Газ, выпущенный через анальный проток, производит характерные звуки FRT; газ, поглощаемый или выделяемый через стенку пузыря, регулирует плавучесть. Эта двойная функция в одной органной системе — изящный пример эволюционной экономии.
Акулы, ламантины и другие «газообразные» существа
У акул нет плавательного пузыря, и они управляют плавучестью отчасти через большую печень, наполненную маслом (сквален менее плотен, чем вода), а отчасти заглатывая воздух у поверхности, который некоторые виды временно хранят в желудке. У некоторых видов наблюдали выпуск этого запасённого воздуха способами, функционально эквивалентными отрыжке или пуку. Ламантины, будучи млекопитающими с функциональным кишечником, производят значительный кишечный газ как побочный продукт своего волокнистого растительного рациона. Исследования вест-индских ламантинов показали, что они регулируют плавучесть отчасти удержанием или выпуском кишечного газа — фактически используя метеоризм как механизм контроля глубины. Ламантин с пищеварительными трудностями может стать непроизвольно более плавучим и испытывать сложности с нырянием.
Наука и наследие исследования FRT сельди
Исследование FRT сельди получило Шнобелевскую премию по биологии в 2004 году, ежегодно присуждаемую за работу, которая «заставляет людей смеяться, а потом думать». Шнобелевку иногда отмахивают как чисто комедийную, но лежащее в основе исследование прошло рецензирование, было методологически прочным и опубликовано в высокорейтинговом журнале. Впоследствии его процитировали более чем в 150 научных работах об акустике рыб, подводном общении и стайном поведении. Открытие FRT имеет и практические следствия для акустического подводного мониторинга: подводные лодки и исследовательские суда, полагающиеся на гидролокацию, узнали, что большие косяки сельди могут давать обнаружимые акустические сигнатуры, что исторически приводило к ложным показаниям в военно-морских операциях. Шведский флот, по-видимому, годами исследовал необъяснимые подводные звуки, прежде чем появилось объяснение с сельдью.
А вы знали?
- Исследование FRT сельди получило Шнобелевскую премию по биологии 2004 года — за работу, что сначала смешит, потом заставляет думать.
- Ламантины используют удержание и выпуск кишечного газа как частичный механизм управления плавучестью.
- Звуки FRT сельди производятся из плавательного пузыря через анальный проток, а не из кишечной ферментации.
- Шведский флот годами исследовал загадочные подводные звуки, позже приписанные метеоризму сельди.
Интересный факт
Исследователи, открывшие FRT у сельди, назвали своё акустическое явление аббревиатурой намеренно. Когда об этом спросили в последующем интервью, ведущий автор Бен Уилсон подтвердил, что название было умышленным и помогло статье привлечь внимание, — редкий случай, когда научный каламбур о газах продвинул целую область.
Источники
- Wilson, B. et al. (2004). Pacific and Atlantic herring produce burst pulse sounds. Proceedings of the Royal Society B: Biological Sciences, 271(Suppl 3), S95–S97.
- Dunning, D.J. et al. (1992). Alewives avoid the underwater sounds produced by a moving vessel. North American Journal of Fisheries Management, 12(4), 724–733.
- Reynolds, J.E. & Rommel, S.A. (1996). Structure and function of the gastrointestinal tract of the Florida manatee, Trichechus manatus latirostris. Anatomical Record, 245(3), 539–558.
- Popper, A.N. & Fay, R.R. (2011). Rethinking sound detection by fishes. Hearing Research, 273(1–2), 25–36.