В подводном мире существует множество удивительных созданий, но морские петухи (представители семейства тригловых) очень сильно выделяются на фоне остальных рыб. Эти необычные обитатели морского дна не только перемещаются так, словно шагая на своих "ногах", но и используют их для поиска пищи. Как выяснили учёные, у некоторых видов морских петухов, например, у северного морского петуха (Prionotus carolinus), ноги выполняют ещё одну важную функцию — они служат органами чувств, способными различать вкус.
Большинство морских петухов обитает на дне океана, передвигаясь с помощью особых отростков грудных плавников, похожих на ноги. Последние исследования показали, что эти «ноги» у Prionotus carolinus покрыты сосочками, аналогичными вкусовым рецепторам на языке человека. Эти рецепторы позволяют рыбе «пробовать» химические сигналы от скрытой добычи в морском грунте. Когда петух «чувствует» присутствие пищи, он начинает копать, чтобы достать её.
Необычный способ охоты указывает на глубокие эволюционные процессы. Генетические исследования показали, что за формирование как ног, так и сенсорных сосочков отвечает древний ген, сохранившийся с ранних этапов эволюции животных. Неожиданное открытие даёт представление о том, как могли развиваться такие уникальные способности у морских обитателей.
Учёные давно предполагали, что ноги морских петухов могут быть также органами чувств, однако доказательств этому не было. Чтобы подтвердить свою гипотезу, исследовательская группа провела серию экспериментов, в которых рыбы должны были отличить мидии и капсулы с их экстрактом от капсул с обычной морской водой. Результаты поразили: рыбы безошибочно выкапывали мидии и капсулы с особым экстрактом, полностью игнорируя капсулы с водой. Дополнительные тесты подтвердили, что их ноги реагируют как на механические сигналы, так и на химические вещества, связанные с пищей.
Однако последующий эксперимент принёс неожиданный результат. При отлове других морских петухов исследователи заметили, что эти рыбы больше не реагируют на зарытую пищу или её экстракты — они ловили только ту добычу, которую могли видеть. Оказалось, что это был другой вид морского петуха, Prionotus evolans. В отличие от P.carolinus, у P.evolans ноги используются исключительно для передвижения и поиска видимой пищи, но лишены сенсорных сосочков, необходимых для поиска добычи без визуальных сигналов. Эти ноги имеют более удлинённую форму, в то время как у P.carolinus они плоские и приспособлены для копания.
Исследователи обнаружили, что хотя ноги P.carolinus способны воспринимать механические и химические сигналы, это происходит не благодаря сенсорным нейронам, как считалось ранее. Вкусовые ощущения не связаны с типичными хемосенсорными клетками, как у других животных. Вместо этого сосочки содержат высокую концентрацию сенсорных нейронов, которые реагируют только на механические раздражители. Следовательно, способность чувствовать вкус у этих рыб объясняется другим механизмом.
Чтобы понять, как именно ноги P.carolinus способны распознавать химические вещества, учёные обратились к генам рыбы. Они обнаружили, что рецептор t1r3, который обычно отвечает за восприятие вкуса в ротовой полости, активно действует в ногах этой рыбы, особенно на концах сосочков. Это открытие подтвердило, что ноги действительно обладают способностью воспринимать вкус.
Исследование также показало, как развиваются эти сенсорные ноги. Учёные наблюдали за процессом с момента появления рыбы на свет и выяснили, что ноги формируются из трёх лучей грудных плавников, расположенных в области живота, и затем отделяются от плавника по мере роста рыбы. Ключевую роль в этом процессе играет ген tbx3a. Когда его удаляли у рыб с помощью технологии CRISPR-Cas9, это приводило к образованию меньшего числа ног или их деформации.
Чтобы проверить, является ли наличие сенсорных ног доминирующим признаком, учёные скрестили виды морских петухов с сенсорными ногами и без них. В результате гибриды унаследовали сенсорные способности ног, что свидетельствует о доминировании этого признака в генетике.
Причины, по которым морские петухи развили такие уникальные способности, пока остаются загадкой. Учёные предполагают, что изначально ноги этих рыб выполняли чисто локомоторные функции, но со временем приобрели сенсорные качества, помогавшие им находить пищу на морском дне. У видов, которые искали пищу глубже, эти способности развились ещё больше, что позволило им не только перемещаться, но и чувствовать добычу, зарытую в песок.
«Наши исследования показывают, что в будущем изучение генетики морских петухов может помочь лучше понять, как возникают и развиваются новые эволюционные черты у позвоночных», — заключают учёные.
