Свой-чужой: как дружба между рыбами спасает от хищников

Человек, как существо социальное, уделяет немало внимания и энергии на установление и поддержание социальных связей с другими особями своего вида. Члены семьи, дальние родственники, коллеги на работе, друзья и просто знакомые — за жизнь человек формирует множество социальных связей, которые в совокупности выстраиваются в настоящую сеть. Как правило, длительные социальные связи приписывают организмам с развитой нервной системой, другими словами, опять же человеку. Однако даже для менее развитых социальных видов дружеские связи играют крайне важную роль, особенно в вопросах выживания.

Ученые из Юго-Восточного университета Нова (США) провели исследование влияния дружеских связей на поведение социальных рифовых рыбок. Нужно ли особям быть знакомыми друг с другом для нормальной социальной активности, как долго занимает процесс получения внутривидового доверия, и чем отличается косяк знакомых между собой рыб и косяк чужаков? Ответы на эти необычные вопросы мы найдем в докладе ученых. Поехали.

Основа исследования

Друг или враг? Ответ на этот вопрос моментально дается только в литературе или кинематографе. В жизни чаще всего все гораздо сложнее. На то, чтобы определить принадлежность человека к той или иной категории, требуется время, т.е. длительное взаимодействие. В результате может сформироваться крепкая социальная связь, т.е. дружба или даже вражда.

Очевидно, что в критических ситуациях человеку будет намного проще мыслить и предпринимать какие-либо действия, если он будет находиться в компании знакомого, а не чужака. Для социальных животных с менее развитой ЦНС ситуация абсолютно та же. Проблема в том, что стая птиц, косяк рыб, прайд львов и т.д. порой рассматривались как «родственные» группы, нежели как «дружеские». Это отчасти верно, ибо группа особей часто состоит из близких и дальних родственников. Тем не менее в многочисленных группах куда больше представителей разных семей, хоть и того же вида, которые при этом отлично взаимодействуют друг с другом в тех или иных ситуациях.

Социализация для многих видов является универсальным инструментом решения многих проблем, которые присущи видам-одиночкам. Жизнь в группе позволяет снизить агрессию, повысить эффективность поисков пищи, ускоряет темпы роста, увеличивает шансы на успешное спаривание и размножение, а также повышает шансы на выживание. В то же время внедрение незнакомца в группу знакомых между собой особей может привести к беспорядку в тонко настроенной социальной сети, нарушив ее слаженную роботу.

Ранее проводили наблюдения за разными социальными существами (приматами, грызунами, китообразными), которые показали, что в группе особи живут дольше и реже сталкиваются с заболеваниями.

Еще один важный момент, о котором уже говорилось, это доверие. Чем крепче социальная связь, тем больше будет доверия (а значит и ответной реакции) на сигналы тревоги. К примеру, макаки и белки намного чувствительнее к звуковым сигналам тревоги знакомых особей, нежели чужаков.

Одной из самых очевидных угроз для многих социальных животных являются хищники. Наблюдения показали, что паутинные клещи быстрее реагируют на нападения хищников и чаще выживают, если группа клещей состоит из особей, долгое время взаимодействующих между друг другом, т.е. из знакомых.

Если говорить о рыбах, то для многих социальных видов, формирующих косяки, сигналы тревоги играют, естественно, огромную роль. В случае опасности такие рыбы часто прибегают к тактике «быстрого старта», которая представляет собой быстрое ускорение. Активация тактики может осуществляться либо посредством непосредственного наблюдения за опасностью, либо посредством передачи информации о ней от одной особи к другой в виде резких движений (например, резкое ускорение или изменение траектории). Реакция быстрого старта обычно инициируется парой командных нейронов более высокого порядка, называемых клетками Маутнера (М-клетки).

Важным аспектом в жизни любого организма, который может столкнуться с хищником, также является сохранение энергии. Другими словами, нахождение баланса между риском быть съеденным и затратами энергии на вероятный побег. В таком случае необходимо максимизировать количество правильных реакций (например, быстрый старт, если рядом хищник) и минимизировать реакции на неточную информацию.

С точки зрения социальной коммуникации социальные рыбы могут изменять свою чувствительность к социальной информации в зависимости от уровня знакомства между особями в группе. Чем лучше особи знакомы, тем выше чувствительность и быстрее реакция на опасность.

Chromis viridis

В данном труде ученые решили выяснить, какими особенностями обладает взаимодействие внутри групп рыб, состоящих из знакомых/незнакомых между собой особей. Роли испытуемых сыграли тропические рыбки вида Chromis viridis, живущие на коралловых рифах стаями от трех до нескольких сотен особей.

В ходе тестов создавалась имитация нападения хищника и проводилась оценка реакции группы рыб в первые 100 мс, которые являются критически важными в подобных ситуациях в естественной среде обитания.

Chromis viridis, как и многие другие подобные виды, могут часто встречаться с незнакомыми особями своего вида ввиду процесса деления-слияния, когда отдельная особь может перейти в другую группу, если: особи в ней демонстрируют фенотипы, лучше соответствующие ее собственным; идет нерест; место обитания выбранной группы лучше, чем у нынешней.

Наблюдения в условиях естественной среды показали, что подавляющее большинство особей предпочитается держаться изначальной группы, и лишь малая доля «мигрирует» в другие группы. Ученые также отмечают, что погодные условия порой приводят к вынужденному знакомству между незнакомыми особями, когда, к примеру, шторм переносит их с обычного места.

Результаты исследования

В тестах участвовало 12 групп рыб из 8 особей (знакомых или незнакомых). Они помещались в резервуар с ламинарным потоком со скоростью течения 3.2 см/с, что имитировало условия естественной среды обитания рыб в безветренную погоду.

Все особи из группы незнакомых рыб были собраны из разных географических локаций (расстояние между местом обитания минимум 100 м), тем самым обеспечивая их отношение к разным изначальным группам.

Рыбкам, которые должны были сформировать группу знакомых особей, давалось 3 недели перед фактическими наблюдениями, чтобы узнать друг друга. Рыбы из группы незнакомых жили отдельно и объединялись в группы сразу перед тестами.

Внутри резервуара с ламинарным потоком рыба (длина тела: 3.33 ± 0.02 см) могла реализовать тактику побега «быстрый старт» без каких-либо преград ввиду достаточных габаритов камеры (50 х 40 х 9 см).

Реакция побега вызывалась у рыб с помощью механического стимула, имитирующего атаку воздушного хищника, который активировался посредством электромагнитного переключателя, когда ≥75% особей в группе находились на расстоянии > 1 L (где L — длина тела одной особи) от стенок камеры и 4 L от источника стимула. Весь процесс записывался на видео (240 кадров в секунду).

В процессе наблюдений ученые количественно оценили характеристики быстрого старта, связанные с начальным односторонним изгибом тела после стимуляции (этап №1 быстрого старта) и последующим изгибом тела в противоположную сторону (т.е. этап №2).

Изображение №1

Индивидуальные характеристики при быстром старте характеризовались временем реакции и кинематическими характеристиками, а именно:

• латентность (период времени между соприкосновением угрожающего стимула с поверхностью воды и первым движением рыбы; 1а);
• средняя скорость поворота (отношение угла поворота, достигнутого на этапе №1, к продолжительности этапа №1; 1b);
• пройденное расстояние (расстояние, пройденное центром масс в течение первых 42 мс реакции; 1c).

Каждой особи был присвоен порядковый номер на основе их латентности. Другими словами, рыб сортировали по тому, как быстро они реагировали на стимул — 1, 2, 3 и так до номера 8. Если в группе было, например, две особи с одинаковой латентностью, то перечень был следующий: 1, 1, 3, 4, 5, 6, 7, 8.

Следовательно, ответы особей-последователей (тех, кто реагирует на действия особей-лидеров, т.е. с номерами от 2 до 8) могли быть инициированы либо самим стимулом, либо реакцией других особей в группе. А ответы особей-лидеров (тех, кто первыми реагирует на стимул, т.е. с номером 1) могли быть инициированы только непосредственно стимулом. Реакция побега не наблюдалась до стимула или в его отсутствие.

Анализ данных показал, что все аспекты, связанные с тактикой быстрого старта, улучшились после знакомства между особями. При этом реакции побега улучшились как у особей-лидеров, так и у особей-последователей.

Изображение №2

В частности было обнаружено, что задержка реакции в группе знакомых у особей-лидеров на 60% меньше, чем в группе незнакомцев (2a). Следовательно, эти особи реагировали на стимул значительно быстрее: группа знакомых — 7.5 ± 0.9 мс; группа незнакомцев — 12.5 ± 1.5 мс.

Ожидаемо этот эффект «ускоренной» реакции распространялся и на особей-последователей. Задержка реакции последователей в группе знакомых составила 67.7 ± 17.7 мс, а в группе незнакомцев 308.0 ± 39.9 мс (2b).

Кроме того, среди знакомых рыб намного чаще встречалась задержка менее 16 мс, чем среди незнакомцев (46% против 25%). Столь короткая задержка сравнима с реакцией, инициированной М-клетками у других видов рыб.

Изображение №3

Разницы в скорости поворота тела (график выше) между особями-лидерами из группы знакомых и незнакомцев не было обнаружено. Однако скорость поворота у особей-последователей из группы знакомых была на 50% выше (5530 ± 247 °/с), чем из группы незнакомцев (3480 ± 289 °/с).

Эти данные говорят о том, что особи-последователи из группы знакомых гораздо ловчее во время побега, что позволяет им избежать траектории нападения хищника.

Любопытно, что скорость поворота тела зависит и от числа рыб в группе. Самая высокая скорость всегда наблюдалась в особей-лидеров, затем она постепенно снижалась с увеличением численности группы. Дополнительный (но незначительный) эффект имело и расстояние от стимула: скорость поворота уменьшалась по мере увеличения этого расстояния.

Изображение №4

Картина, наблюдаемая с расстоянием, которое рыба преодолевает во время побега (график выше), схожа с той, что наблюдалась и при оценке скорости разворота тела. У особей-последователей из группы знакомых расстояние было в 1.8 раза больше, чем у таковых из группы незнакомцев (33.3 ± 1.6 мм и 18.4 ± 1.8 мм, соответственно). Также были замечены эффекты снижения расстояния при увеличении численности группы или при увеличении расстояния от стимула, но они были незначительны.

Стоит отметить, что поведение групп испытуемых оценивалось в течение 100 мс после стимула, так как этот период времени является решающим в условиях нападения хищника. Дабы оценить «сплоченность» группы, ученые отслеживали расстояние между особями в ней и площадь этой группы. Эти параметры оценивались в момент активации стимула и через некоторое время после него (т.е. t = 0, 20 и 100 мс).

Изображение №5

Сплоченность группы и ее координация менялись в зависимости от временного промежутка и степени знакомства особей. Особое влияние на эти параметры оказало именно время.

Обе группы (знакомые и незнакомцы) показывали примерно одинаковое расстояние между особями (5a), площадь группы (5b) и координацию (5c) непосредственно перед стимулом (t = 0). Однако после активации стимула начали проявляться разительные отличия. В момент t = 20 мс и t = 100 мс сплоченность группы знакомых особей снизилась, а площадь увеличилась на 46%. А вот группа незнакомцев сохраняла примерно одинаковую сплоченность на протяжении всего времени наблюдения. Координация у знакомых также уменьшилась примерно на 26% спустя 20 мс после стимула, а у незнакомцев оставалась прежней. Ниже показаны схемы поведения тестируемых групп рыб в разные моменты времени после стимула (0, 20 и 100 см).

Изображение №6

Для более детального ознакомления с нюансами исследования рекомендую заглянуть в доклад ученых и дополнительные материалы к нему.

Эпилог

Вышеописанные результаты предоставляют эмпирические доказательства того, что группа рыб, состоящая из знакомых друг с другом особей, гораздо эффективнее реализует тактику быстрого старта в случае опасности.

Наблюдения показали, что задержка первичной реакции на стимул у особей-лидеров в группах знакомых рыб была значительно ниже, чем в группе незнакомцев. Это говорит о том, что социальный контекст играет важную роль в реализации побега от хищников. Особи-последователи, которые реагируют в ответ на поведение лидеров, также оказались гораздо ловчее именно в группе знакомых.

Для особей-лидеров из группы незнакомцев пониженная реакция может быть объяснена задержкой срабатывания нейронных сетей, управляющих реакцией побега. Этот процесс обычно опосредован активностью М-клеток.

Ученые также отмечают, что, несмотря на более длительную задержку ответа, особи-лидеры из группы незнакомцев демонстрировали кинематические характеристики, сопоставимые с таковыми у лидеров из группы знакомых. Это говорит о том, что независимо от социальных факторов имеется общий механизм нейронного контроля реакции на внешний стимул.

Однако в группе незнакомых рыб у особей возникает потребность тратить когнитивные ресурсы на ознакомление с незнакомцами, тем самым задерживая реакцию М-клеток, вызывая более длительную задержку ответа, но сохраняя столь же быструю моторную реакцию.

Проще говоря, вместо того, чтобы следить за горизонтом в поисках вероятного хищника, рыбы тратили время и силы на рукопожатия (плавникопожатия?) и знакомство друг с другом.

Авторы исследования утверждают, что влияние дружбы на реакцию быстрого старта среди социальных рыб очевидно. Однако необходимо также изучить, как степень знакомства среди особей в группе влияет и на другие аспекты их жизни (размер группы, размножение, поведение вне опасности т.д.).

Результаты этого труда позволяют лучше понять, почему некоторые виды предпочитают объединяться в группы, держаться ближе тех, кого знают дольше, и стараются избегать незнакомых особей, пусть они и того же вида.

Вопросы единства среди людей витают в воздухе со времен зарождения нашего вида. Разные племена, разные нации, разные культуры и обычаи, разные языки, разные флаги и гимны. Внутри нашего вида существует масса отличий, которые тем или иным образом предотвращают формирование единого общества. Говоря о единстве людей, можно вспомнить один маленький момент из необычного для этой темы источника, из фильма «Пятый элемент», в котором прозвучала незамысловатая фраза «президент Земли». Это словосочетание предполагает, что на планете нет государств и границ, а лишь единое общество землян, т.е. единение людей как вида. Возможно ли такое в условиях реальности, а не научной фантастики? Вопрос одинаково сложный и простой, риторический и с множеством ответов. Вероятно, стоит поставить его иначе — готовы ли мы к такому? Вероятно, четкого ответа все равно нет. Вероятно, как и маленькие коралловые рыбки, мы начнем объединяться в одну большую группу лишь тогда, когда перед нами возникнет хищник, несущих в равной степени опасность для каждого из нас.

Источник