Почуяв опасность в воде: Тайна шрекстоффа раскрыта спустя 86 лет

Исследователи под руководством Йошихиро Йошихара из Центра изучения мозга RIKEN в Японии разгадали тайну, которая дразнила науку с 1938 года. Учёные десятки лет не могли ответить на вопрос, что это за условное вещество шрекстофф, которое уведомляет рыб, когда их собратья по косяку ранены. Откуда странное слово? Schreckstoff в переводе с немецкого означает «пугающее вещество».


В новом исследовании, опубликованном в Current Biology («Современная биология»), описали интересные эксперименты, связанные с миром живых существ. Учёные искали вещество, которое должно было существовать, оставаясь загадкой. Опыты показали, что загадочный агент шрекстофф — в действительности два вещества, каждое из которых передаёт отдельные виды информации. Только почуяв оба химических сигнала, рыба или уносится прочь, или замирает. В общем, по-рыбьему соответствует реакции на опасность у млекопитающих «бей или беги». Такое, вероятно, свойственно многим животным, включая людей.

В 1938 году лауреат Нобелевской премии Карл фон Фриш обнаружил, что косяк гольянов, небольших рыбок, вёл себя так, как будто поблизости находился хищник, когда в их аквариум поместили раненого собрата. Защитный механизм позволяет рыбам избегать опасности, даже если они сами непосредственно не видели хищника. Фон Фриш предположил, что некоторое количество шрекштоффа должно было выделяться из кожи раненого гольяна, а другие рыбки ощутили это обонянием.

На долю надотряда костнопузырных (Ostariophysi) приходится около 75% всех пресноводных рыб. После возникновения гипотезы о шрекштоффе учёные обнаружили, что костнопузырные ведут себя аналогично, но только если ранена рыба одного с остальными вида. Но многолетние исследования не помогли с ответом на вопрос, какое же «пугающее вещество» вызывает тревогу.

Йошихиро Йошихара сказал, что многие исследователи прежде пытались вычленить шрекштофф из экстрактов кожи разных видов рыб. Однако учёные из RIKEN добились успеха, выбрав совершенно другой метод.

В предыдущих исследованиях учёные добавляли по отдельности разные химикаты в аквариумы и наблюдали за реакцией рыб. И путём подбора объявляли о веществах, которые пугали рыб больше всего. Однако результаты опытов оказывались ненадёжными или повторить их не удавалось.

В новом исследовании группа Йошихары занималась поиском веществ на основе активности мозга. Они опускали кусочки кожи рыбок данио в аквариум с особями того же вида. А затем с помощью иммуногистохимических исследований выясняли, как части мозга рыб, отвечающие за обоняние, отреагировали на это. Иммуногистохимический метод исследования тканей помогает выявлять в них искомые вещества. Для этого срезы тканей обрабатывают специфическими антителами.

Затем японские исследователи повторили тот же эксперимент, используя повреждённую кожу двух других видов рыб: золотых рыбок, которые относятся надотряду Ostariophysi, и японской оризии, которая к таковым не относится.

Исследователи обнаружили, что на кусочки рыбьей кожи реагировали три обонятельные области мозга подопытных. Один был неспецифическим и реагировал на все три типа повреждённой кожи. А один был специфическим для надотряда, так как реагировал только на кожу золотых рыбок и рыбок данио. Ещё один был специфическим для рыбок данио.

У оризии не было тревожных реакций, а рыбки данио практически не реагировали на повреждённую кожу золотых рыбок. Поэтому исследователи пришли к выводу, что для возникновения такого поведения необходимы два химических сигнала: запах, специфический для костнопузырных, сигнализирующий об опасности только им, и специфический для них запах, сигнализирующий «свои».

Используя ранее разработанную самостоятельно технологию, исследователи биохимическим способом выявили конкретную молекулу, ответственную за специфическую реакцию мозга рыбок данио. Вещество назвали «даниолсульфат» в честь этого же вида. Затем они идентифицировали молекулу, вызывающую специфическую для Ostariophysi обонятельную реакцию, и назвали второе вещество «остариоптерин».

Когда исследовали кожу многочисленных видов рыб, то обнаружили, даниолсульфат действительно был уникальным для данио. А вот остариоптерин наблюдался у многих видов рыб из надотряда Ostariophysi.

Чтобы проверить свою теорию, исследователи повторили эксперименты, используя открытые вещества вместо повреждённой кожи. Данио действительно продемонстрировали характерную устойчивую реакцию страха, но только если в воду добавляли даниолсульфат и остариоптерин. И только в этом случае исследователи наблюдали реакцию у данио в области мозга, которая отвечает за реакцию страха.