Рыбы могут чувствовать прикосновения плавниками

Человеческий кончик пальца — это тонко настроенная сенсорная машина, и даже легкие прикосновения передают много информации о физическом окружении. Оказывается, некоторые рыбы используют свои грудные плавники практически таким же образом. И делают это через удивительно схожий с млекопитающими, включая людей, биологический механизм.

В исследовании, опубликованном в Proceedings of the Royal Society B 10 февраля 2016 года, ученые из Чикагского университета впервые показали, что грудные плавники по крайней мере у одного вида рыб обладают нейронами и клетками, исключительно чувствительными к прикосновению. Это открытие не только проливает свет на эволюционную биологию осязания, но также может вдохновить на новые достижения в проектировании подводной робототехники.

Сенсорные клетки в плавниках

Исследователи сосредоточились на сомике-плекостоме (pictus catfish), небольшом донном виде из мутных вод реки Амазонки. Используя высокоскоростную видеосъемку, команда подтвердила, что эти рыбы, по-видимому, не используют грудные плавники для передвижения. Это позволило изолировать и изучить нейронную активность в ответ на прикосновение, без помех от сигналов движения и положения плавника.

Ученые применяли различные стимулы (тупым концом булавки и кистью) к грудному плавнику и измеряли активность нейронов, отвечающих за передачу информации в мозг. Они обнаружили, что нейроны не только реагировали на контакт, но и передавали информацию о степени давления и движении кисти.

Анализ клеточных структур плавника выявил наличие клеток, очень похожих на клетки Меркеля. Эти клетки связаны с нервными окончаниями в коже млекопитающих и необходимы для осязания.

Эволюционное и практическое значение

Это открытие предполагает, что базовая сенсорная морфология для осязания может быть эволюционно консервативной у позвоночных.

Чувство осязания может позволять рыбам жить в условиях слабого освещения, используя прикосновение для навигации, когда зрение ограничено. Это также может найти применение в подводной робототехнике:

• Для проектирования вдохновленных рыбой сенсорных мембран, способных сканировать поверхности в условиях плохой видимости.
• Для улучшения производительности подводных роботов, оснащенных тактильными датчиками, особенно при навигации в сложных средах.

Сейчас команда изучает тактильную чувствительность плавников у других видов рыб (например, камбал), а также исследует точные механизмы кодирования информации о прикосновении нейронами плавника.