Способность обнаруживать и избегать хищников является важной составляющей для выживания. Различные животные, начиная от морских ежей и заканчивая личинками стрекоз, используют травмы особей одного вида для информирования о присутствии хищника. У многих рыбок повреждения кожи приводят к выделению химических веществ, которые вызывают бегство и страх у рядом находящихся членов стаи. Природа химических сигналов опасности, нейрональных механизмов, ответственных за комплекс ответов, а также эволюционное происхождение этих механизмов остаются загадкой.

С целью раскрытия природы одоранта команда исследователей из Сингапура и Швейцарии использовали биохимическое фракционирование для определения состава кожного экстракта данио рерио. Не смотря на то, что гидроксиксантин-3 N-оксид, как предполагалось, участвует в проведении сигналов тревоги, он не был обнаружен в коже рыбок. Роль одоранта выполняла смесь гликозаминогликанов (GAG). Данные биополимеры, построенные из дисахаридов, у данио рерио включают несульфатированный хондроитин, хондроитин-4-сульфат и хондроитин-6-сульфат в равных пропорциях.

На иллюстрации (сверху вниз): обонятельные луковицы и обонятельный эпителий (обведен красным кругом) у трехдневного эмбриона данио рерио (Илл. ucl.ac.uk); увеличенное изображение обонятельного эпителия (слева) и обонятельной луковицы (справа, обведена красным кругом) (данио рерио 6-8 месяцев, илл. Baier H., Korsching S. 1994); обонятельные луковицы взрослого данио рерио (на переднем плане обонятельный тракт, идущий к эпифизу и структурам конечного мозга) (илл. Oliver Braubach).

Для оценки тревожного поведения в работе использовалась видеозапись перемещений данио рерио. Хотя условия изоляции не были естественны для рыбок, они проявляли схожее поведение, как и в случае нахождения в стае. Однако реакции на стимул у них были более выражены, что проявлялось в возрастании тревожности и/или принятии альтернативной стратегии защиты (онемение против собрания в стаи).

Было показано, что сухой экстракт кожи данио рерио влиял на поведение рыбки в зависимости от концентрации. Была определена единица количества одоранта, необходимая для создания у особей смятения с их последующим опусканием на дно. Время, проводимое в нижней трети аквариума, статистически значимо возрастало с 11,7 до 74,4% при воздействии 1 единицы экстракта. Гипоксантин-3 N-оксид (H3NO) вызывал незначительное возрастание количества резких толчков, но не замедлял периодов перемещения даже в высоких концентрациях (10 мг/мл). Более того, рыба не опускалась в нижнюю треть аквариума. Отсюда, сделано заключение, что кожный экстракт, но не H3NO, является сигналом тревоги.

Его внесение в аквариум вызывало активацию латеральных, передних и медиодорсальных («средневерхних») задних гломерул (клубочков) обонятельных луковиц. Данные образования, располагающиеся в переднем мозге, получают сигналы от нейронов крипт, рецепторных клеток, находящихся в обонятельном эпителии. После получения сигналов, клубочковые нейроны передают их митральным клеткам, посылающим свои аксоны в правую ножку эпифиза, а также вентральные области конечного мозга, участвующие в формировании тревожных состояний и страха.

Для характеристики каждого компонента сигнальной смеси, последняя была разделена на отдельные фракции, которые затем анализировались в поведенческих исследованиях. В составе смеси обнаружены два компонента. Первый, высокомолекулярный, вызывал преимущественно замедление перемещений особи и опускание на дно, в то время как низкомолекулярный компонент повышал количество рывков, но не замедлял движения.

Было показано, что очищенные хондроитины, преимущественно олигосахариды длиной не менее 4 остатков сахаров, также запускали реакцию тревоги, однако её выраженность была ниже, чем в случае кожного экстракта. Наиболее значительные ответы наблюдались при внесении в воду хондроитин-6-сульфата и смеси хондроитин-6-сульфата и хондроитин-4-сульфата. Минимальные двигательные реакции обнаруживались при воздействии, по отдельности, несульфатированного хондроитина или хондроитин-4-сульфата.

Предполагается, что выраженные ответы на внесение кожного экстракта определяется присутствием в естественной смеси, помимо хондроитинов, дополнительного компонента, который, вероятно, имеет нитрозогруппу (—N=O).

——

на основе материалов: Ajay S. Mathuru, Caroline Kibat, Wei Fun Cheong, Guanghou Shui, Markus R. Wenk, Rainer W. Friedrich, Suresh Jesuthasan. Chondroitin Fragments Are Odorants that Trigger Fear Behavior in Fish. Current Biology, 2012
Baier H., Korsching S. Olfactory glomeruli in the zebrafish form an invariant pattern and are identifiable across animals. J. Neurosci. 14, 219–230. 1994