Рыбьи плавники предназначены не только для плавания. Они также являются щупальцами. Плавники круглых бычков могут обнаруживать текстуры при помощи чувствительности, аналогичной подушечкам на пальцах обезьян, сообщают исследователи 3 ноября в Журнале экспериментальной биологии.
Об осязании водных животных мало что известно по сравнению с наземными жителями. Что касается рыб, «мы привыкли думать о плавниках только как о двигательных структурах», — говорит Адам Харди, нейробиолог из Чикагского университета. «Но становится все более очевидным, что плавники играют важную сенсорную роль». Изучение этих сенсорных ролей может намекнуть на способы имитации природы для робототехники и открыть окно в эволюцию осязания.
Недавно обнаруженные параллели между приматами и рыбами предполагают, что конечности, которые ощущают физические силы, возникли раньше, до того, как расколы в эволюционном древе позвоночных привели к появлению животных с плавниками, руками и ногами, говорит Мелина Хейл, нейробиолог и биомеханик из Чикагского университета. «Эти способности возникли невероятно рано и, возможно, заложили основу для того, что мы можем делать руками сейчас, и что рыбы могут делать со своими плавниками с точки зрения осязания».
Харди и Хейл измерили активность нервов в плавниках донных бычков (Neogobius melanostomus), чтобы понять, что рыбы узнают о текстуре при помощи своих плавников. В дикой природе круглые бычки задевают нижнюю поверхность и опираются там на свои большие грудные плавники. «Они действительно хорошо подходят для тестирования такого рода вопросов», — говорит Харди.
Работая с плавниками шести усыпленных бычков, исследователи зафиксировали электрические разряды от их нервов, которые слегка прокатились над каждым плавником. По словам Харди, солевой раствор поддерживает работу нервов, как если бы нервы были у живой рыбы. Различные расстояния между выступами предоставили информацию о диапазоне шероховатости, которую могли обнаружить плавники, с более узкими промежутками, имитирующими текстуру крупного песка, и большими промежутками, создающими шероховатость в масштабе гальки.
Периодические паттерны нервных сигналов соответствовали расстоянию между гребнями. Более близко расположенные гребни производили более частые наборы сигналов, в то время как большие пространства вызывали менее частые всплески электрической активности. Эти сигналы также менялись в зависимости от скорости вращающегося кольца. Вместе эти результаты показывают, что плавники бычка реагируют на различные текстуры, с которыми они сталкиваются. «Способность плавников воспринимать действительно мелкие детали была впечатляющей», — говорит Хейл. Эти сигналы были похожи на те, что были зарегистрированы другими исследователями при тестировании подушечек пальцев обезьян. «Самым удивительным было сходство между приматами и рыбами», хотя конечности и окружающая среда этих животных — это совершенно разные вещи», — говорит она.
Хейл и Харди продолжают изучать различные типы сенсорных клеток плавников и их расположение. А учитывая огромное разнообразие рыб, изучение рыб из других мест обитания, в том числе из тех, которые проводят больше времени в плавании, может показать, насколько распространены такие чувствительные плавники, говорит Харди.
Изучение рыбьих плавников может также привести к разработке новых конструкций роботов, которые плавают под водой и могут исследовать области, которые в противном случае были бы труднодоступны для людей. В общем, роботы обычно разрабатывались так, чтобы иметь отдельные части для создания движения и восприятия, но «биология накладывает датчики на все», — говорит Саймон Спонберг, биофизик из Технологического института Джорджии в Атланте.
По словам Спонберга, животные используют такие части для движения и восприятия, от плавников рыб до ног млекопитающих и крыльев насекомых. «Сейчас кажется, что многие животные могут дотянуться и коснуться окружающей их среды и получить ту же информацию, что и мы, когда мы касаемся руками поверхности».
