Эволюция обоняния: рыбы, которые хорошо чуют и в воде, и в воздухе

Некоторые рыбы выходят на сушу для охоты или перемещения. Такое поведение, характерное, например, для угрей, обычно происходит ночью. Новое исследование показало, что у таких амфибиотических рыб может быть обострённое обоняние. Их геномы содержат необычно большое количество генов обонятельных рецепторов, что может способствовать лучшему восприятию запахов в воздухе.

Кроме того, у этих рыб увеличен обонятельный мозг. Анализ двухсот видов рыб, включая способных перемещаться по суше, позволяет предположить, что обоняние некоторых амфибиотических рыб адаптировалось к их новому образу жизни.

Исследование на эту тему, проведённое группой под руководством Зузаны Мусиловой, опубликовано в BMC Biology.

Генетическая основа обоняния

Механизм обоняния изучен гораздо хуже, чем зрения. Обонятельные рецепторы — это белки, способные обнаруживать различные вещества. Изучая гены, кодирующие эти белки, можно исследовать эволюцию обоняния. Сигнал от рецепторов передаётся в строго локализованные области обонятельной луковицы мозга, формируя своеобразную «карту запахов».

Неожиданное открытие в геномах рыб

Анализ геномов 200 видов рыб выявил интересную закономерность: репертуар генов обонятельных рецепторов значительно расширен у многих амфибиотических рыб. Эти рыбы, такие как европейские угри, способны проводить часы вне воды, охотясь или перемещаясь между водоёмами. Количество обонятельных рецепторов отражает их биологию — способность использовать обоняние как под водой, так и над ней.

Эта закономерность обнаружена в нескольких независимо эволюционировавших линиях рыб. Особый интерес представляет группа воздуходышащих сомов. У детально изученного угрехвостого сома также обнаружено увеличение числа обонятельных генов по сравнению с неамфибиотическими родственниками.

Запахи воды и воздуха

Обоняние в воздухе и под водой обычно означает обнаружение разных типов пахучих молекул, поэтому в этих средах используются разные подтипы рецепторов. Многие молекулы присутствуют только в воздухе или только в воде из-за их физико-химических свойств. Однако некоторые конкретные одоранты растворимы в воде и летучи в воздухе. Авторы предполагают, что функция многих из тех обонятельных генов, число которых увеличилось у наземных рыб, может заключаться в обнаружении именно таких молекул.

Строение мозга подтверждает гипотезу

Нейробиологи изучили обонятельную луковицу 24 видов рыб. Относительное количество клеток в обонятельной луковице (по сравнению с остальным мозгом) отражает мощность обработки обонятельной информации. Результаты показывают, что этот показатель различается у рыб в зависимости от экологии: обоняние более развито у ночных амфибиотических видов. Примечательно, что у многопёров — рыб, сохранивших настоящие лёгкие и, вероятно, самых древних «первопроходцев» суши, — обонятельная система оказалась самой развитой из всех изученных.

Эволюционное значение

Обонятельная система, по-видимому, способна быстро реагировать на экологические вызовы, такие как воздушная среда, размножая и диверсифицируя рецепторы для удовлетворения новых сенсорных потребностей. Авторы предполагают, что нечто подобное могло произойти сотни миллионов лет назад во время перехода наших рыбоподобных предков из воды на сушу. Таким образом, помимо очевидных процессов, таких как превращение плавников в конечности, важную роль в освоении суши могли сыграть изменения сенсорных систем, в частности обоняния.