Джон Каприо, Джордж К. Кент, профессор биологических наук из LSU, и его коллеги из Университета Кагосима в Японии определили, что эти рыбы оснащены датчиками, которые могут определять местонахождение добычи, обнаруживая небольшие изменения уровня pH в воде.
Статья «Морская костистость обнаруживает живую добычу с помощью измерения pH», подробно описывающая работу Каприо и его партнеров по исследованиям, будет опубликована в журнале Science 6 июня. Это первый отчет о рыбах, использующих pH для поиска живой добычи.
«Что делает это таким интересным, так это то, что открытие было неожиданным, довольно случайным», – сказал Каприо.
Исследование было ответвлением работы, начатой в 1984 году, когда Каприо, специалист по системам вкуса и запаха водных позвоночных, начал совместное исследование в Университете Кагосима по изучению физиологии вкусовой системы японского морского сома. Выполняя электрические записи с рыбных штанг или «усов», он заметил, что время от времени некоторые новые сенсорные нервные волокна реагируют с гораздо большей амплитудой, чем другие.
«Я сразу понял, что в этих нервах было что-то другое, но я работал над другим проектом, финансируемым Национальным научным фондом, и мне пришлось отложить свои любопытства на второй план», – сказал Каприо.
В 1986 году любопытство Каприо взяло верх, и он попросил своих друзей в Японии отправить ему несколько сомов, чтобы он мог изучить, что вызывает такую огромную реакцию у рыб.
«Я подозревал, что реакция была вызвана изменением pH, вызванным некоторыми тестируемыми стимулами», – сказал он. «Было очевидно, что у этих рыб есть сенсорные нервные волокна, которые реагируют на кратковременное снижение pH морской воды; однако я не знал, какую функцию выполняет эта реакция."
Каприо снова отложил расследование, поскольку другие исследования имели приоритет, и возобновил свой анализ в 2005 году при поддержке Национальных институтов здравоохранения и LSU.
Каприо ездил в Японию шесть раз в период с 2005 по 2013 год, оставаясь как минимум на месяц при каждом посещении. За это время он сосредоточил свое внимание на нервной системе рыб, а его коллеги проводили поведенческие эксперименты.
Для физиологических экспериментов рыбу снабдили электродами, которые позволяли регистрировать реакцию рыб на воду с различным pH. Именно в это время они определили, что функция чувствительности штанги рыб к незначительным изменениям pH воды была связана с дыханием мелких морских червей, полихет, основной добычи морского сома.
Морские черви живут в трубках или норах в грязи. Во время дыхания черви выделяют крошечные количества углекислого газа и кислоты, вызывая небольшое снижение pH морской воды, которое обнаруживает ночной морской сом.
"Эти рыбы похожи на плавающие pH-метры. Они так же хороши, как коммерческий pH-метр в лаборатории », – сказал Каприо.
Для поведенческих экспериментов исследователи поместили рыб в аквариумы, наполненные морской водой, вместе с морскими червями, которые были помещены в стеклянные трубки внутри кораллового субстрата аквариума. Исследователи использовали инфракрасную фотографию, чтобы показать, что активные ночные рыбы проводят значительно больше времени в непосредственной близости от червей, чем в других местах аквариума. Исследователи также подтвердили, что сомов привлекало место в аквариуме, где морская вода с немного более низким pH выделялась из небольшой трубки, даже когда в ней не было червей.
Кроме того, рыба стала чрезвычайно активной, ища пищу и даже кусала неоднократно за конец трубки.
Исследования показывают, что чувствительность сомов была самой высокой в естественной морской воде с pH 8.2, но резко снижается при pH менее 8. Эти результаты предполагают, что способность японского морского сома обнаруживать пищу может быть поставлена под угрозу из-за закисления океана, продолжающегося снижения pH океанов Земли из-за поглощения углекислого газа из атмосферы, вызванного в значительной степени антропогенной деятельностью.
Исследования показывают, что до промышленной революции уровень углекислого газа составлял примерно 280 частей на миллион. Сегодня это 390 частей на миллион, и ученые прогнозируют, что к 2100 году уровень может вырасти до 900 частей на миллион. По данным Национального управления океанических и атмосферных исследований, океаны поглощают около четверти углекислого газа, выбрасываемого в атмосферу каждый год, что приводит к увеличению подкисления морской воды.
«Когда pH океана упадет намного ниже 8, беспозвоночные, производящие раковины, больше не смогут производить свои раковины», – сказал Каприо. «Наша работа могла бы стать индикатором возможных последствий закисления океана для морских позвоночных. Если подкисление океана продолжится с той же скоростью, мы не знаем, сможет ли морская жизнь адаптироваться к такому быстрому изменению pH. Возможно, датчики смогут адаптироваться к такому изменению, но мы не уверены, что это произойдет.
На сегодняшний день мы знаем, что эти датчики оптимально работают в районе pH 8.2, нормальная морская вода. Если pH океана упадет намного ниже 8, вероятно, произойдет ряд пагубных событий."