Немецкие ученые выяснили, что обыкновенные тюлени Phoca vitulina используют для определения направления своего движения в мутной воде поток взвеси — мельчайших плавающих в воде органических и минеральных частиц. Открытие меняет устоявшиеся представления о зрении морских млекопитающих и проливает свет на их способность к ориентации в условиях плохой видимости. Исследование опубликовано в Journal of Experimental Biology.
Долгое время считалось, что зрение морских млекопитающих, которым приходится ориентироваться в мутной воде, играет второстепенную роль в навигации по сравнению с другими способами получения и обработки информации. Ранее авторы исследования предположили, что обыкновенные тюлени (Phoca vitulina) могут извлекать полезную информацию с помощью зрения даже в условиях ограниченной видимости. Ученые установили, что при движении тюленя в воде свет от взвешенных частиц (крупинок песка, пузырьков, колоний микроскопических водорослей) и объектов окружающей среды создает на сетчатке динамически изменяющуюся картину возбуждения фоторецепторов — так называемый оптический поток. Далее оставалось узнать, могут ли тюлени использовать этот оптический поток, в том числе возникающий во время движения у поверхности воды и над дном, для ориентации в мутной воде.
Чтобы это проверить, исследователи разработали необычный «игровой» эксперимент, в котором приняли участие трое самцов обыкновенных тюленей: Ник, Лука и Миро. Ник и Лука ранее участвовали в исследованиях и считались опытными, в то время как молодой тюлень Миро принимал участие в экспериментах впервые. В ходе поведенческих тестов тюленей обучали помещать голову в специальный обруч, расположенный на небольшом расстоянии от монитора, окруженного черным туннелем для устранения посторонних стимулов. На экране тюлени могли видеть один из трех вариантов компьютерной симуляции движения: над поверхностью дна, в толще воды и непосредственно под ее поверхностью. Поток частиц на экране «двигался» навстречу наблюдателю в трех разных плоскостях, в зависимости от типа симуляции — ниже уровня глаз (поток частиц у дна), на уровне глаз (поток частиц в толще воды) или над уровнем глаз (поток частиц у поверхности воды). При этом частицы двигались под некоторым углом к животному, что в естественных условиях позволило бы ему определить направление своего движения. В задачи тюленей входило показать, в какую сторону (влево или вправо) они «плывут», коснувшись носом соответствующей красной мишени, расположенной справа или слева от головы. За правильный ответ животное награждали лакомством. В самом начале тюлени проходили фазу обучения, в рамках которой они осваивали задачу с большим углом отклонения (22 градуса) потока, после чего этот угол постепенно снижался, а ученые отмечали его минимальное значение, при котором тюлени были способны с высокой точностью определять направление своего движения.
В результате все тюлени научились успешно определять направление движения по потоку частиц, хотя скорость освоения этого навыка у них различалась. Ожидаемо, новичку Миро потребовалось больше времени на обучение, в то время как Лука и Ник правильно определяли направление уже через сравнительно небольшое количество сессий. Несмотря на это, итоговые значения точности были сопоставимы для всех трех тюленей. В среднем минимальное значение угла потока, при котором точность ответов достигала 75%, составляло 4,61 градуса для потока частиц в толще воды, 4,96 градуса для потока над поверхность дна и 3,58 градуса для потока частиц у поверхности воды. Тем не менее животные время от времени ошибались, указывая исследователям неправильное направление. «Это животные, а не роботы. Ошибки, скорее всего, возникают из-за невнимательности или иногда из-за снижения мотивации», — объясняет Фредерик Ханке из Рокстокского университета.
Исследование кардинально меняет представления ученых о роли зрения в навигации у морских млекопитающих. Ученые доказали, что тюлени могут эффективно использовать оптический поток, создаваемый движущимися в разных плоскостях частицами, для точного определения собственного направления движения, даже в условиях ограниченной видимости. Авторы работы предполагают, что оптический поток также может играть роль в оценке преодоленного расстояния и других аспектах, связанных с навигацией, что закладывает основу для дальнейших исследований.
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram, Одноклассники.
