Биологи раскрыли "нервный" секрет маскировки каракатиц

Каракатиц часто называют морскими хамелеонами за умение менять не только цвет, но и структуру своей кожи. Благодаря такой маскировке головоногие успешно охотятся, да и сами реже становятся добычей крупных хищников. Для животного, которое не различает цвета, такая способность — настоящее чудо.

Однако механизмы, которые помогают морским обитателям столь стремительно и точно сливаться с окружающей средой, до сих пор недостаточно изучены. Команда из Кембриджского университета (Великобритания) заполнила ещё один пробел: учёные определили нейронные схемы, благодаря которым каракатицы контролируют и меняют свой камуфляж.

Авторы отмечают, что каракатицы, эволюционная история которых начинается в меловом периоде более ста миллионов лет назад, являются если не самыми, то одними из самых умных и талантливых морских обитателей.

Как известно, кожа этих головоногих покрыта управляемыми пигментными клетками-хроматофорами. Они изменяют цвет в ответ на сигналы мозга.

Что же касается изменения текстуры кожи, в этом помогает набор особых присосок, которые мгновенно растягиваются и убираются, как бы всасываясь в тело, чтобы не создавать гидродинамическое сопротивление. Таким образом, текстура поверхности тела может из рельефной превращаться в абсолютно плоскую и наоборот.

Учёные рассказывают, что понять, как именно каракатицы и осьминоги манипулируют своей внешностью, было довольно сложно. Ясно, что за это отвечает нервная система животных, но какие именно механизмы контролируют изменения?

Оказывается, основную роль играет звёздчатый ганглий – периферический нервный центр. Команду, которую отдал мозг, он передаёт в аксоны – отростки нервных клеток, действующие как линии передачи импульсов. Все аксоны связаны в единую систему, поэтому, получая сигналы, действуют слаженно.

Любопытно, что, как правило, диаметр аксонов не превышает одного микрометра. В редких случаях он достигает 20 микрометров. А вот у каракатиц эти нервные отростки имеют диаметр порядка миллиметра, то есть их даже можно разглядеть невооружённым глазом. Именно их гигантский размер и помог учёным увидеть, как проходят нервные импульсы по телу животных.

В ходе экспериментов исследователи разрывали различные нервы в плавниках животных и следили за тем, как изменяется передача сигналов. В других случаях использовалась электростимуляция для передачи различных импульсов.

Кроме того, через периферический нервный центр передаётся послание для присосок на внешней поверхности тела каракатиц (сигнал получают мотонейроны, отвечающие за действия мышц). Но вот что интересно. Чтобы долго удерживать нужную форму, присоски должны получать сигналы постоянно, однако у каракатиц этого не происходит. Возникает вопрос, как же тогда контролируется положение присосок?

И тут команда вновь обнаружила особый механизм, который англоязычные специалисты называют catch ("ловушка, защёлка"). Долгое пребывание присосок в одном положении обеспечивают гладкие и поперечно-полосатые мышцы: они создают устойчивое напряжение в отсутствие нервного импульса. Нечто похожее можно наблюдать и у других моллюсков – устриц и мидий, когда они захлопывают раковины и удерживают их крепко закрытыми без особых усилий. Однако у головоногих такой механизм обнаружен впервые.

В данном случае, чтобы отследить активность присосок и мышц, авторы использовали различные нейромедиаторы: животным делали инъекции химических веществ, посредством которых осуществляется передача электрохимического импульса от нервной клетки к мышечной ткани.

Исследователи полагают, что их открытие поможет в создании нового класса материалов, которые найдут применение в робототехнике, медицине и промышленности. Собственно, каракатицы и осьминоги уже вдохновляют инженеров на создание материалов, которые меняют форму и цвет.

Однако биологам нужно будет найти ответы ещё на некоторые вопросы. Во-первых, авторы намерены выяснить, какие ещё головоногие обладают такими же или схожими способностями, а также кого или что стоит за них благодарить – общего предка или же конвергентную эволюцию (когда та или иная способность развивается у родственных групп независимо).

Во-вторых, учёные хотят понять, какие стимулы из окружающей среды заставляют каракатиц менять цвет и структуру кожи и как они понимают, под что именно (дно, камень или водоросли) им нужно подстраиваться.

Научная статья по итогам текущей работы была опубликована в издании iScience.

Напомним, ранее учёные также обнаружили, что каракатицы обладают эпизодической памятью, в частности, помнят, где именно, когда и чем они сытно перекусывали.