Какая окраска у рыб. От чего зависит окраска трансгенных (Гло-фиш) аквариумных рыб? От чего зависит окраска рыб

07.08.03 (хр.00:49:04)

Участники :

Александр Евгеньевич Микулин – доктор биологических наук

Жерар Александрович Черняев – доктор биологических наук

Александр Гордон : …да ещё каждый цвет разделён по спектру. То есть невероятное количество. Я задаю вопрос продавцу этих блЁсен: скажите, пожалуйста, а какая из них лучше? Он говорит: поскольку я не имел чести в своей жизни общаться ни с одной рыбой, я не могу ответить вам на этот вопрос. Поскольку эти цвета не для рыб, а для рыбаков. Но практика показывает, что и для рыб тоже. Ведь рыбья окраска для хищника – это же сигнализатор?

Жерар Черняев : Несомненно.

Александр Микулин : С одной стороны, сигнализатор. Но, с другой стороны, окраска у жертвы должна быть такой, чтобы хищник её как можно меньше видел. Кстати, и такая же проблема у хищника. Хищник должен подкрасться к жертве так, чтобы он не был заметён.

А.Г. То есть, не работает принцип: чем ярче, тем лучше. всё-таки это должно быть ближе к естественным условиям…

А.М. Видите ли, тут сложная проблема. Вообще-то рыба, наверное, не уступает по своему великолепию окрасок и форм, и прочего ни бабочкам, ни птицам. Это, конечно, только в музеях достаточно сложно узнать, насколько они красивы, поскольку они там грязно-коричневого цвета, как правило, бывают. И это всё разнообразие, конечно, необычайно сложно объяснить. Во-первых, для чего оно нужно? Во-вторых, как это возникло? Почему именно такие пигменты появились, ведь количество пигментов значительно больше? Ну, хотя бы взять такой пример. Гемоглобина полно в рыбе. Почему гемоглобин не выводится на поверхность кожи для того, чтобы участвовать в окраске? Миоглобин, цитохромы, да и витамин В-12 очень яркий, кроме того что есть внутри, можно было бы использовать. А круг пигментов, которые вообще используются в окраске, очень узок. Есть масса пигментов, которые поступают с пищей. Почему не используется хлорофилл, например? Или целый ряд иных растительных пигментов. Мы хорошо знаем наземные растения – сколь разнообразны цветы. В воду они, правда, редко попадают, хотя есть и свои водные, некоторые из которых потребляют рыбы, то есть пигментов много. А рыбы используют достаточно узкий набор пигментов. И как это всё возникло в эволюции, конечно, проблема достаточно интересная.

Вот, к примеру, мы видим полосатых рыб, или амфиприон – тёмное тело, белая полоса, красные плавники. Зачем? Почему именно такой набор? Понятно, глаз, наверное, спрятан, чтобы хищник не знал, с какой стороны вообще находится голова.

Ж.Ч. Этот расчленяющая окраска…

А.Г. Да, что-то такое непонятное.

А.М. Жёлтая окраска – на таком фоне рыба должна быть незаметной. Почему такое большое великолепие и разнообразие цветов коралловых рыб? Можно, конечно, предположить, что раз там много всевозможных цветов, то каждая рыба около какого-то цвета становится менее заметной. Это в аквариуме, когда они находятся, или оказываются не на том фоне, нам они кажутся вызывающе яркими. Вот эти проблемы, конечно, интересно решить.

Да, несомненно, что окраска должна чаще всего прятать. Но есть и другой способ спрятаться – стать совершенно прозрачными, вот как рыба-лапша. Я думаю, это единственный пока экземпляр в мире, где рыба сохранена в таком прозрачном виде. Там даже икра видна. И если на неё посмотреть на фоне дна…

А.Г. Я попробую сейчас на фоне пиджака своего показать…

А.М. …Видны одни глаза. Следовательно, крупный хищник не будет нападать, потому что эта жертва в размер дафнии. За каждой дафнией он не будет гоняться, поскольку он больше потратит энергии на такое питание, чем получит, ловя каждого рачка… Те, которые питаются мелкими объектами, они не страшны, поскольку они сами мельче, чем данный объект. То есть это способ защиты от нападения.

Второй пример, правда, не из области рыб. Медуза-корнерот из Чёрного моря. Тоже вариант быть незаметной, насколько это возможно, в толще воды. Вот эту тему окраски мы и хотели бы сегодня обсудить.

Ж.Ч. Эта окраска рыб – покровительственная – способствует тому, чтобы рыба была менее заметна в воде и могла быть защищена от хищников. Существует ещё предупреждающая окраска. Это мы видим на рисунках.

Можно рисунок? Вот предупреждающая окраска цихлазомы Мееки. Видите, у неё красное брюшко. Это гнездующая рыба. Она охраняет место от соперников и потом охраняет своё потомство. Одновременно окраска привлекает рыб к нересту, это брачный наряд. Он показывает самке, что гнездо готово, можно спариваться.

Существует несколько типов окраски. Самая ходовая – пелагическая окраска, когда тёмная спина, светлое брюхо. У морских рыб это тёмная, чёрная или синяя спина, а у пресноводных рыб – зеленоватая. Здесь мы видим анчоусы. А так выглядит пресноводная плотва. Бока серебристые, они отражают свет, и на фоне поверхности воды рыба фактически незаметна. Киль, который находится внизу рыбы, сводит тень на нет, и рыба фактически незаметна, она как серый объект находится в воде.

Есть русловая окраска, у таких речных рыб, как хариус.

А.Г. Лещ, окунь, да?

Ж.Ч. Теперь окунь. Окуни – это зарослевые рыбы. Например, щука, судак, берш, эти рыбы – с поперечными полосами на теле, это хищники-засадчики. Он стоит в кустах, потом выбрасывается, хватает рыбу и обратно уходит в укрытие.

Русловая окраска, например, у пескарей. У таких рыб вдоль тела бывает много пятнышек или продольных полос. Это тоже скрадывает рыбу, именно в прозрачных водотоках, и её практически не видно на фоне дна.

А.М. Но могут быть и не хищники с полосками. Это не обязательно. Так существуют барбусы, данио. Причём у них полосы в разных направлениях.

Ж.Ч. Если у поверхностного слоя, то полосы будут горизонтальные. Если же они прячутся в растительности, полосы будут вертикальны, как у барбуса суматрануса, допустим.

Но есть также расчленяющая окраска. Это амфиприон, который здесь показан. Это рыба-клоун, которая живёт и размножается в актиниях. Но если ей надо пойти покушать, то расчленяющая окраска вводит в заблуждение хищников, потому что отдельно красные пятная, белые пятна, они…

А.М. Облик рыбы не возникает.

А.Г. Да, даже на этой фотографии её практически не видно.

А.М. Кстати, и здесь можно посмотреть – вот амфиприон: красные плавники, тёмное тело. На белом фоне будет отчленяться голова от тела, на тёмном фоне будут плавники плавать независимо от рыбы.

Ж.Ч. И глаз, главное, замаскирован, чтобы никто не съел.

Ещё стайная окраска очень важна для стайных рыб, потому что существует взаимодействие рыбы в стае. Рыба должна ориентироваться друг на друга. Либо у них имеются пятна на теле, полосы продольные. Поэтому когда рыба взаимодействует в стае, то это происходит синхронно: либо надо уходить от хищника, рассредотачиваться, либо двигаться к пищевому пятну. То есть само движение синхронизировано именно за счёт зрительных ориентиров.

А.Г. Они привязываются к пятну на теле соседа и вместе с ним…

Ж.Ч. Ещё пятно бывает у хвостового стебля.

А.Г. А, тогда понятно.

Ж.Ч. Это ложный глаз. То есть, когда рыба нацеливается, чтобы схватить другую рыбу, оказывается, что это хвост, а не голова. Поэтому у них разновекторные направления движения.

А.М. Причём глаз при этом желательно спрятать, чтобы собственно…

Ж.Ч. Видите, глаз у хвостовой части у этой рыбы-бабочки, морда закрашена у неё в тёмный цвет, и глаз не видно.

А.Г. То есть куда поплывёт, понять нельзя.

Ж.Ч. И всё обилие этой окраски вызвано в основном пигментными клетками.

А.М. Причём, всеми четырьмя.

Ж.Ч. Все четыре там. Это меланофоры, которые содержат в себе чёрный пигмент, ксантофоры, которые в себе содержат жёлтый пигмент, эритрофоры – красный, и гуанофоры или иридоциты – содержат тот блестящий пигмент, серебристый цвет которого мы видим на боках у рыбы.

А.Г. А как же возникают эти необычные оттенки небесного цвета?

А.М. Вот об этом хотелось бы несколько слов сказать. Дело в том, что, если под блестящим слоем, а он обычно бывает внизу кожи, располагаются чёрные меланофоры, то происходит рассеивание и получается синий цвет. А если сверху добавить ещё жёлтые или красные клетки, то получаются различные оттенки зелёного. Но у некоторых рыб ещё более хитро устроено. Следующий можно рисунок?

Так, например, многие тропические рыбы, обитающие в речушках, где кроны деревьев практически смыкаются…

Ж.Ч. Это Амазонка.

А.М. Да, например, Амазонка. За счёт гуанина, гуанинового блеска, за счёт наклона падения света и расположения кристаллов гуанина (там гуанин в виде кристалла) могут формироваться оттенки от серебристого до голубовато-зеленоватого и даже красновато-жёлтого. Кстати, интересно, что неоновые рыбы с голубовато-зелёным цветом полосы, если попадают под электрический ток, у них эта полоса начинает светиться красным. Но в природе существуют эритрозонусы, у которых нормально отсвечивает…

Ж.Ч. Красным цветом.

А.М. Это не светится, это отражает, отсвечивается полоса. Следующий рисунок.

Это пинагор рыба, самочка. Зелёный цвет здесь возникает отнюдь не за счёт тех пигментов, тех пигментных клеток, которые мы обсуждали только что. Дело в том, что самка вымётывает не всю икру, а икра может быть розоватой, фиолетовой…

Ж.Ч. Зелёной.

А.М. Разных оттенков. Часть оставшейся икры вся превращается в ярко сине-зелёный цвет, после чего кровь становится ярко-зелёной и плавники окрашиваются в зеленовато-синий цвет, что позволяет им после размножения откармливаться среди растений.

А.Г. То есть эта самка после нереста.

А.М. Эта самка после нереста. Самец с красным брюхом, как полагается для охраняющих (брюхо всегда можно прикрыть ко дну, чтобы не видно было), он не питается и соответственно больше месяца сидит и охраняет икру.

Вообще имеет смысл поговорить о механизмах изменения цвета. Рыбы обладают способностью – это не бабочки – менять цвет, не все, правда, но достаточно хорошо. Дело в том, что к чёрным меланофорам подходят нервные окончания, и изменение цвета в значительной степени быстро осуществляется за счёт нервных импульсов. Некоторые авторы указывают, что к красным эритрофорам тоже могут подходить нервные окончания, хотя до конца это не доказано. Всё же остальные клетки, включая меланофоры и эритрофоры, поддаются изменению интенсивности цвета за счёт гуморального воздействия, то есть через кровь, гормонами.

Механизм этого изменения цвета может быть разный. Так, например, меланофоры существуют двух типов. Одни находятся в эпидермисе, другие ниже, собственно в коже, в кориуме. Так вот те, которые находятся в эпидермисе, у них происходит накопление меланина под действием света. Все мы знаем, что когда мы загораем, то становимся чернее. А уменьшение яркости происходит за счёт шелушения кожи, слущивания и таким образом мы светлеем после того, как приехали с юга.

Таким же способом – за счёт изменения концентрации – действуют, например, ксантофоры и эритрофоры, где содержатся красные, каротиноидные пигменты (как у морковки), растворённые в жирах. И во время нереста или перед нерестом, возникает брачный наряд за счёт того, что из пищи в них накапливаются эти каротиноидные пигменты. Но те меланофоры, которые в коже, могут резко менять цвет за счёт того, что зёрна меланина могут собираться в центре…

Ж.Ч. У ядра.

А.М. …Это то, что на рисунке справа. Или могут расползаться по всей клетке. Собрались в центре – посветлела, когда разбежались по всей клетке, соответственно, яркость резко увеличилась. Причём, форма клетки при этом не изменяется. Самое интересное, что это чисто физический процесс смачивания киноплазмы с остальной плазмой клетки, и этот фокус можно проводить вообще даже на мёртвой рыбе, что, в общем-то, и используется при нашей методике.

А.Г. То есть рыба сама не управляет этим процессом?

А.М. Она управляет. Но мы можем также управлять вместо неё. Просто используя поверхностно-активные вещества, к примеру. Теперь следующий рисунок.

Наверное, стоит ещё добавить к сказанному, что большую роль – помимо нервной и гуморальной регуляции окраски – играет содержание внутриклеточного и внеклеточного кальция. То есть помимо этих двух типов регуляции существует ещё и такая регуляция, но о ней несколько позже.

Вообще, в принципе, мы рассказали всё, что можно было бы рассказать об окраске, и на этом можно было бы остановиться, если бы не одна неприятность. Дело в том, что в море ниже 20 метров красные лучи поглощаются, так что там всё в голубом цвете, серо-голубое. И спрашивается: зачем нужна вообще эта окраска, если её невозможно видеть? То есть, похоже, что она может выполнять и какую-то другую функцию.

Да, мы говорили, что на фоне ярких кораллов рыбы должны быть незаметны, но сами кораллы почему столь разнообразны по цвету? Когда они появились в ходе эволюции, ни у них, ни у кого глаз ещё долго не было. Для кого эта окраска? Поэтому есть подозрение, что окраска, видимо, в своей эволюции имела какую-то предшествующую функцию, связанную с поверхностью тела. Но у всех примитивных организмов обычно через поверхность (особенно когда ещё плохо развиты почки) происходит выделение вредных веществ. Давайте посмотрим, а не являлась ли и у рыб окраска исходно причиной выделительной её функции?

В принципе, для того чтобы не отравиться, нужно сделать вещества нерастворимыми, тогда они не ядовиты, или полимеризовать их – опять же чтобы сделать нерастворимыми. Но в таком случае те участки, которые участвовали в полимеризации, увеличат поглощение света, и, в конечном счёте, могут стать пигментами. Если посмотреть на пигменты, которые оказались в коже, как на конечные продукты метаболизма, то гуанин и птерины, а птерины тоже могут быть жёлтыми и оранжевыми, и, как правило, являются предшественниками накопления каротиноидов в ксантофорах и эритрофорах, так вот, гуанин и птерины содержат много азота и являются удобным конечным продуктом метаболизма, который можно выводить. Особенно это было важно для тех существ, которые в древности обитали в болотах. Потому что, находясь в болотах и выйдя потом на сушу, нужно как-то переживать пересыхание. А если это рыбы, которые вышли на сушу, им метаболиты нужно всё время куда-то сбрасывать. Если всё время с мочой сбрасывать, то все вышедшие на сушу должны были бы сбрасывать аммиак, им для этого нужно было бы быть как шланг: головой в воду, а с противоположной всё время вытекает. Чтобы оторваться от воды, нужно аммиак превратить в мочевину. Видимо, через кожу и удалялись продукты метаболизма соответственно в виде производных пуринов.

Меланин в своём происхождении – это тирозин, который окислялся, окислялся, окислялся до индольных соединений, кстати, страшно ядовитых. И соответственно превратить их в процессе полимеризации в меланин, это прекрасный вариант избавиться от этих неприятностей. Причём, если мы посмотрим на эволюцию от рыб до вышедших на сушу, то уцелевают только те меланофоры, которые сшелушиваются, что и мы приобрели. Птерины и гуанины представлены хорошо, особенно птерины, у земноводных, вплоть до птиц. Если мы возьмём другие группы, то птерины представлены прекрасно у насекомых, тоже выбравшиеся на сушу.

Наиболее сложный момент связан с каротиноидами. В отличие от всех этих пигментов, они химически очень активны, да ещё и являются веществами пищевого происхождения. И чтобы в них разобраться, наверное, лучше было бы изучать их на икре – это замкнутая система.

Ж.Ч. Вы знаете, что икра красная, и было выдвинуто в прошлом столетии около 20 всевозможных теорий, как функционируют эти каротиноиды – в красной икре конкретно и у других видов рыб, у которых тоже окрашена икра. И была выдвинута Крижановским, Смирновым и Соиным гипотеза о том, что у икры эти каротиноиды имеют дыхательную функцию. То есть в слабопроточной воде с низким содержанием кислорода происходит приток кислорода через каротиноиды, которые даже могут ещё и накапливать этот кислород.

А.М. Давайте ещё немножко продолжим об этом. Дело в том, что для того чтобы переносить через мембраны кислород, нужно иметь целый ряд пигментов, где кислород перемещается с одной стороны молекулы пигмента на другую внутри мембраны. Но дело в том, что кислород хорошо растворяется в жирах, лучше, кстати, чем в воде, и мембраны не являются препятствием, здесь не нужен этот механизм. Следующий рисунок, пожалуйста.

Карнауховым высказывалась идея, что можно по двойной связи посредине посадить кислород, и таким образом запасать кислород, это было бы нужнее. Но вся неприятность заключается в том, что, оторвав кислород, нужно восстановить двойную связь. Для этого нужно столько энергии и столько кислорода, что это то же самое, что золотой рубль менять на мелочь. Это очень неэкономно.

Ж.Ч. В семидесятых годах теперь уже прошлого столетия Виктор Владимирович Петруняка, был такой физиолог-биофизик, показал, что самая главная роль каротиноидов – это участие в кальциевом обмене в клетках. И он обнаружил их в митохондриях…

А.М. Причём в участках, ответственных за обмен кальция.

Ж.Ч. Да, за обмен кальция. Они прямо в мембранах находятся, и электронная микроскопия потом это подтвердила. И самое интересное, что ранее, когда мы проводили исследования, было видно, что в процессе развития, при смене одного этапа на другой менялась цветность икры. Казалось бы, там никакого притока каротиноидов нету, но, тем не менее, цветность менялась. Это менялась связь с кальцием.

А.М. Это было подтверждено экспериментально. Кальций был посажен на каротиноиды. Исходно (на верхнем рисунке) в спектре поглощения света каротиноидами видны три максимума, однако у комплексов каротиноидов с кальцием резко падает поглощение света. Это предполагало то, что изменяется вроде бы концентрации (а концентрацию мерили по цвету), а на самом деле менялся сам цвет пигментов. Поскольку каротиноиды не синтезируются в животном организме и тем более в икре, динамики изменения концентрации каротиноидов в икре не могло быть.

Если можно, вернёмся к предыдущей картинке. Если мы посмотрим на рисунок динамики цветности икры в процессе эмбрионального развития, то это икра разных видов рыб. Однако, динамика цвета у них примерно похожая. Снижение цветности происходит сначала на дроблении. Потом в конце дробления – повышение. Далее опять уменьшение, это гаструляция, и вновь повышение, далее во время органогенеза (это начало образования кровеносной системы) уменьшение и вновь повышение, после чего опять уменьшение цвета каротиноидов икры. По сути дела, это динамика кальция, регулирующая этапность развития. Следующий рисунок.

В связи с нашими экспериментами возник совсем другой взгляд на структуру самих каротиноидов. Каротиноиды состоят из двух иононовых колец, собственно, это кислородсодержащие группировки. Всё разнообразие каротиноидов, а их сейчас свыше 600, это группировки в основном в иононовых кольцах. И цепь сопряжения, то есть система из чередования двойных и одинарных связей, т.е.: двойная, одинарная, двойная, одинарная, двойная, одинарная. Поскольку двойные обусловлены?-орбиталями, а расстояние между двойной и одинарной более-менее равные, то получается как бы облако электронов сверху и снизу молекулы. Такая система при взаимодействии с радикалами размазывает по ней всю эту энергию, превращая её в тепловую. Поэтому каротиноиды – прекрасные тушители свободнорадикального перекисного окисления липидов.

Но есть ещё одна интересная проблема. Если бы молекулы каротиноидов были бы плоскими, то у них, скорее всего, был бы один максимум в спектре поглощения света. (Достаёт из кармана авторучку.) Представьте, у меня, вместо молекулы, эта ручка из красного стекла. Так она (поперёк ручки) поглощала бы наиболее короткие волны, а так (вдоль ручки) – наиболее длинные волны. Чем больше двойных связей, тем более длинноволновые части спектра поглощала бы молекула. И молекула, вращаясь во все стороны, в потоке света, имела бы один максимум, а у каротиноидов их три. Следовательно, скорее всего, молекула перегибается несколько раз вдоль своей оси. И конечный вид её, видимо, это некая спираль. Собственно по этому внутреннему каналу спирали углекислый кальций сквозь мембрану и может проходить. При заряде на мембране, кстати, и спектр меняется до одного максимума, молекула становится плоской и запирает этот проход.

Ж.Ч. Следующий рисунок. Здесь показаны спектры.

А.М. Разнообразие пигментов в икре пинагора достаточно большое. В данном случае, Жерар Александрович, это, наверное, рассказывать вам.

Ж.Ч. Есть в икре и жёлчный пигмент, точнее, близкий к жёлчным пигментам. Есть в икре свободные каротиноиды и каротиноидные пигменты, связанные с белками в виде комплексов.

А.М. То есть, может быть большое разнообразие цветов икры. Самец пинагора должен найти свою кладку во время отлива.

Ж.Ч. Найти по цвету.

Но существует, нами с Александром Евгеньевичем он открыт, ещё один пигмент, это цитохром b-560. Это цитохром, который обнаружен в икре только семейства сиговых рыб, в водорастворимой части желтка – это фактически маркёр семейства. Было обращено внимание на то, что икра сиговых рыб способна развиваться, будучи включённой в пагон, то есть в ледяной плен, где она развиваться внутри льда, с сентября по май или даже июнь. И за это время ей нужно пройти всё развитие. Были сделаны замеры концентрации этого пигмента у многих видов сиговых, которые у нас прошли через спектрофотометр, и было показано, что чем суровее зимние климатические условия для развития икры сиговых рыб, тем выше концентрация это цитохрома внутри икры. Роль его предполагается такая: этот цитохром – антиокислитель, и в то же время он работает как протектор и обеспечивает одновременно энергетический обмен этой самой икринки во время всего процесса развития. То есть у него многофункциональные задачи, но там ещё и каротиноиды работают, они тоже в желтке имеются в качестве антиокислителей.

А.М. Жерар Александрович, пару слов на эту тему.

Вообще цитохромы– это дыхательные пигменты. Если мы возьмём водород с кислородом, то получится гремучая смесь. Чтобы сразу же не выделилось такое количество энергии, её нужно разбить поэтапно и потребить потихонечку. Все цитохромы, как правило, сидят на мембранах и за счёт трансмембранного переноса электронов создают АТФ. Эти – не на мембранах, они распределены по желтку…

Ж.Ч. В растворе.

А.М. Кроме как жечь, они больше ничего не умеют.

А.Г. Антифриз такой…

А.М. В некотором роде…

Ж.Ч. Скорее, они дают энергию для развития. Понимаете, там очень низкие температуры для развития…

А.М. Они держат температуру где-то около нуля, чтобы не замёрзнуть окончательно.

Ж.Ч. Там даже отрицательные значения температуры бывают…

А.М. Но, пожалуй, нам пора вернуться обратно к коже.

Ж.Ч. Но мы не сказали всё-таки о том, что каротиноиды работают в икре рыб ещё и как антиоксиданты. Допустим, у тех же сиговых каротиноиды растворены в жире, в жировой части, в жировой капле, и они сохраняют эту жировую каплю во время всего развития. Потому что она может просто окислиться за счёт поступления кислорода в проточной воде, допустим. Но надо эту жировую каплю сохранить, потому что, если личинка при вылуплении не будет иметь жировой капли, она не будет иметь той плавучести, которая необходима для перехода на активное питание и выживания. Это, с одной стороны, её ресурс, а с другой стороны, это, так сказать, поплавок, который удерживает её в толще воды. Это очень важно, потому что иначе она пойдёт на дно, и не сможет перейти на активное питание. Это антиоксидантное значение каротиноидов – сохранить жир как можно дольше.

А.М. То есть две функции – антиоксидантная и кальциевая.

А.Г. Тем более что в талой воде, по-моему, очень большое количество свободных радикалов, повышенное.

А.М. Тут интересен ещё один момент. Чем крупнее икра, тем дольше она должна развиваться. Чем дольше она должна развиваться, тем дольше нужно сохранять жиры, тем больше должно быть пигментов.

Но хотелось бы всё-таки вернуться обратно к коже. Итак, мы уже говорили, что те пигменты, которые есть в коже, в принципе, все, кроме каротиноидов, участвовали в выведении чего-то наружу.

А.Г. То есть рудимент системы выделения, по сути дела, получается.

А.М. Но если мы посмотрим на сами каротиноиды и на тех, у кого они есть, то обычно они есть у тех, которые выводят кальций наружу, строя свои внешние покровы. Например, коралловые рифы – это кальций. Если взять раковины моллюсков, то там есть не только амебоидно двигающиеся малиново-красные клетки, которые транспортируют кальций для постройки раковин, но и гуанин блестит на поверхности этих раковин, он тоже туда выводится.

Ж.Ч. У крабов и креветок тоже всё это выводится в наружные покровы, в комплексе с каротиноидами, и самое интересное, что это можно увидеть – когда вы варите рака или краба, то они сразу становятся красными. Это выявляются каротиноиды – астаксантин.

А.М. Но теперь ещё один вопрос. А кто же их туда, в кожу, вывел – эти пигменты? Есть большое подозрение, что в этом участие принимали клетки, которые занимаются фагоцитозом, фагоциты. Дело в том, что фагоциты могут передвигаться, и хроматофоры после их возникновения тоже передвигаются. Кстати, при разрушении кожи фагоцитируется фагоцитами меланин, соответственно гуанин и липофусцин – пигмент старения, и таким образом выводятся. Интересна ещё одна особенность – у них и исходная эмбриональная судьба схожа.

Ж.Ч. Да, во время нейруляции от нервного валика эти будущие хроматофоры расползаются по телу эмбриона в генетически определённые места будущего кожного покрова и там локализуются. Сначала появляются меланофоры, они набирают меланин, и очень интересно, что эта функция прямо зависит от интенсивности освещённости икры. Это на сигах было показано очень хорошо, мы имеем прямо пропорциональное наращивание количества меланина. Потом из них образуются ксантофоры или впоследствии эритрофоры. В то же время иридоциты – они самые глубинные, они располагаются уже в самом нижнем слое. И в последний момент, уже перед вылуплением и после вылупления, образуются иридоциты.

А.М. То есть, другими словами, вполне похоже, что исходной функцией пигментации была вообще не окраска, а выведение. Но, попав в кожу, было бы странно, если бы пигменты не имели никакого отношения к свету. Самое интересное, что в самой коже пигментные клетки расположены не случайно.

Ж.Ч. Да, снаружи собственно кожи располагаются меланофоры, и внизу – тоже меланофоры, а в средней части – ксантофоры и эритрофоры, а под всеми ними находятся гуанофоры, которые фактически выстилают нижний слой. И что же происходит? Когда свет проходит через воду, попадая на кожу, он встречает этот отражательный, зеркальный – этот вот гуаниновый – слой. И обратно через кожу возвращается.

А.М. А смысл какой? Что там происходит?

Ж.Ч. Там происходит выработка витаминов Д и ряда других важных для организма веществ. Это очень важно для развивающихся организмов. То есть здесь это не просто отражение или окраска. Здесь идёт конструктивная работа, можно сказать.

А.М. Причём, такая система возникла не сразу. Если мы посмотрим на неё в ходе эволюции, то получается достаточно интересная вещь. Следующий рисунок.

Ж.Ч. Это асцидии.

А.М. В эволюции Хордовых у ланцетника нет пигментов кожи. У ланцетника имеется в передней части нервной трубки пигментное светочувствительное пятно, а вдоль нервной трубки – так называемые глазки Гессе. Т.е., пигментные клетки, а под ними – светочувствительные нервные. Если мы посмотрим на оболочников, то у них поверх эпидермиса имеется толстый слой туники, защищающей его, где есть кровеносные сосуды. Но, несмотря на тот цвет (красно-фиолетовый на рисунке оболочника), который мы видим, нет специализированных пигментных клеток.

А.Г. Это просто кровь.

А.М. Нет. Дело в том, что у них нет нормальной, хорошей выделительной системы. В крови имеются клетки, нефроциты, которые окрашены в такой цвет, которые выводят продукты метаболизма и окрашивают оболочника целиком. Если мы возьмём не рыб, а рыбообразных – миксин и миног, то в собственно коже – дерме или кориуме – имеется верхний слой чёрных меланофоров и нижний слой. Нижний слой, видимо, защищает от того, чтобы свет не попадал глубже. Кстати, высокогорные рыбы ещё имеют чёрный пигмент в полости тела, окрашивающий в чёрный цвет брюшину.

Ж.Ч. Защищающий икру от ультрафиолета.

А.М. Идём дальше – Двоякодышащие. В эктодерме имеются не способные быстро изменять свою цветность за счёт нервных окончаний меланофоры. Но уже имеются кожные меланофоры, быстро меняющие свой цвет, и появляются гуанофоры. Появляются уже жёлтые клетки, то есть ксантофоры, содержащие птерины. Уже при такой системе возможна какая-то регуляция цвета. Если мы пойдём дальше, то в коже чётко определяется расположение: сверху меланофоры, снизу гуанофоры, чтобы можно было отражать свет. Уже у Ганоидных рыб и у самых ранних Костистых – селёдок – есть чёрный слой, есть блестящий. Наиболее поздно появляется средний слой. Дело в том, что этот средний слой (из жёлтых и красных), видимо, является датчиком того, сколько же света прошло. Датчик должен быть пигментом, поглощать свет, датчик должен говорить, что он эту информацию получил – например, сбрасывая кальций и регулируя всю эту систему. Позднее всего возникли, видимо, красные эритрофоры, потому что помимо этой регуляции, нужно ещё всё подогнать и под нужды организма, и добавочно отрегулировать уже то, что нужно самому организму.

А.Г. Правильно ли я понял, что самые ярко окрашенные рыбы -эволюционно самые молодые?

А.М. Да.

Ж.Ч. Ну, в общем да. Конечно, все Окунеобразные.

А.М. Наиболее яркие – это Перкоидные рыбы и произошедшие от них.

А.Г. То есть окунь тот же самый.

Ж.Ч. Окунеобразные.

А.М. Окунеобразные, их там очень много.

А вторым этапом в эволюции пигментной системы была светохимия, регуляция светохимии. Не фотосинтез – светохимия, потому что свет может видоизменять…

Ж.Ч. И наиболее чувствительной частью у рыбы является головной мозг, все пять отделов, и особенно между глазами (а также средний мозг), где ещё находится пинеальный глаз, т.е. эпифиз.

А.Г. То есть это самые фоточувствительные зоны?

Ж.Ч. Там самая фоточувствительная зона. И она закрыта сверху меланофорами, которые регулируют прохождение света, пропуская туда необходимое количество световой энергии.

А.М. Более того. С развитием пигментной системы… Кстати, любой участок любой рыбы реагирует на свет изменением всей этой композиции без глаз. То есть, если вы осветили какой-то участок кожи, он среагирует изменением меланофоров и всех остальных пигментов, независимо от того, рыба с глазами или без глаз, или ей надели какие-то чёрные очки.

А.Г. То есть рыба воспринимает освещённость не только глазами?

А.М. Да. То есть она чувствует это, что ещё раз говорит, что они участвуют в этом процессе. Ещё одна интересная деталь – сами глаза-то что из себя представляют?

Ж.Ч. Кожный покров.

А.М. Глаза – это нервная трубка, которая раздулась в глазные пузыри. Потом изменилась в глазные бокалы, дальше туда входит поверхностный, то есть пигментный слой, и образуется хрусталик. Пигменты и нервные клетки. Почти что разросшиеся глазки Гессе. И если теперь под этим углом зрения посмотреть опять на окраску, которую мы обсуждали, то получается следующая картина. Чёрная спина нужна потому, что наибольший поток света идёт именно сверху. Серебристые бока потому, что там не нужно много меланофоров, там и так мало света, но зато есть возможность отразить свет. А в сумме – оказалось, что ещё и полезно быть в пелагиали. Здесь ещё нужно сказать о молоди, но это ближе Жерару Александровичу.

Ж.Ч. Вот это мне ближе. Молодь очень интересна. Знаете, очень интересные наблюдения были сделаны. Слабоокрашенная, слабопигментированная молодь очень сильно элиминирует в процессе своего развития. Но как показали мои исследования, именно световой поток разрушает гемоглобин в эритроцитах, и поэтому у молодых рыб меланофоры играют роль защиты от избытка освещённости.

Но очень интересная вещь происходит. Когда молодые рыбы попадают в сильно освещённое поле воды, они начинают уходить на глубину и ищут тот фотический слой, где они менее заметны, то есть где подбирается какой-то баланс. А в ночное время они всплывают к поверхности. Кстати, также и зоопланктон себя ведёт, тоже всплывает, потому что у поверхности происходит фотосинтез и там образуется корм для зоопланктона. Но именно таким образом были выработаны вертикальные миграции: ночью к поверхности, а днём при сильной инсоляции рыба уходит вниз. Но главная защита, конечно, это просто защитить уничтожение красных кровяных телец в крови, меланофоры это и делают. Но одновременно и поведенческие реакции тут же участвуют.

А.М. Свет мешает ещё и работе нервной системы. Поэтому пигментные клетки располагаются таким образом, что если на малька посмотреть сверху, то мы увидим все пять отделов мозга, они выложены меланофорами.

А.Г. Защитные щиты такие…

Ж.Ч. Зонтики.

А.М. Посмотрим на прибрежных морских рыб. Кто плавал с маской, часто видел, как солнечные зайчики бегают по дну, за счёт волны концентрируются лучи и соответственно возникают зайчики. И к такому освещению нужно очень быстро приспосабливаться, быстро менять всю эту систему. А ведь быстро меняющие свою окраску – это в основном придонные и прибрежные в своём происхождении рыбы.

Ж.Ч. Тёмная спина, светлое брюхо, такая их основная окраска.

А.М. Ещё одна интересная особенность есть. Мы тут смотрели на тропических рыб, которые обитают в речках, прикрытых кронами. Света мало. Регулировать нужно и нужно быть самим незаметными, нужно иметь мощный гуаниновый слой – чтобы отражать. Его можно сделать в виде блестящих, якобы светящихся полос – как у неонов или эритрозонусов, которых мы уже видели.

Теперь, спускаемся на глубину. Света меньше. Соответственно, меланофоров должно быть меньше. А регуляторная часть должна работать лучше – то есть красных должно быть больше. Можно следующий рисунок?

Как правило, с глубиной у рыб появляется красный цвет. Большие глаза – света мало – и красный цвет. Если мы посмотрим на древних рыб, у которых ещё не было этого красного слоя, они, как правило, с глубиной становятся чёрными. И самое что интересное – если мы посмотрим на пещерных рыб, где вообще света нет – у них нет никаких пигментов, они им не нужны. То есть это всё явления приспособительного плана.

Ж.Ч. Можно добавить, что у лобанов, у кефалей, у них на поверхности кожи дополнительно образуются иридоциты, чтобы отражать свет. В поверхностном слое очень сильная инсоляция, да ещё большая скорость (иначе их птицы поймают), и они покрыты гуанином сверху, в коже. Он отражает избыток солнечного света, и рыба тогда начинает светиться зеленоватой окраской. Вот такой интересный факт – дополнительный отражатель.

А.М. Конечно, всё это разнообразие надо рассматривать с тех позиций, что пигменты не всегда использовались для окраски. Был период, когда пигментные клетки выполняли выделительную функцию, был и, наверное, продолжается период, когда они участвуют в фотопроцессах в коже. И вот это-то и было подхвачено для поведенческих целей и для защиты, соответственно.

А.Г. То есть это последняя функция по времени. Те, у кого была более ярко выраженная пигментация – в ту или иную сторону – выживали больше и, следовательно…

Ж.Ч. Шёл отбор.

А.Г. Естественный отбор. И ещё вопрос у меня на языке вертится. Я впервые вижу рыб, у которых абсолютно сохранена прижизненная окраска. Скажите пару слов о технологии этого чуда.

А.М. Это побочный продукт исследований пигментации. Для того чтобы сохранить окраску, как нехитро догадаться, нужно вот что. Первое: нужно использовать те механизмы изменения цвета, которые…

А.Г. Сами рыбы используют.

А.М. Да. Их можно даже на неживых объектах использовать, давая им «вторую жизнь». Второе – нужно убрать кальций, чтобы не обесцвечивать. Третье, конечно, наиболее сложное – чтобы не побелели все ткани (ясно, что там формалин должен присутствовать, иначе всё просто будет разлагаться) нужно эти ткани просветлять. Убрать, конечно, слизь, она белеет, под ней вообще ничего не будет видно.

В принципе, всё достаточно бесхитростно, если не считать, что на это ушла вся жизнь, более 30 лет, примерно по три часа в день. Но рыб-то много, для каждой я использую свои подходы, есть где-то 83 раствора, которыми я сейчас пользуюсь. Не дай Бог потерять записи, потому что это уже сложно будет восстановить.

И мне хотелось бы вот этот уникальнейший экземпляр, потому что их в музеях практически нет, кроме тех, которым я подарил, подарить вашей студии.

А.Г. Спасибо огромное! Это царский подарок. А здесь-то какая технология?

А.М. Здесь ещё использовалась акриловая пластмасса.

А.Г. Ага. То есть это вещь вечная во всех отношениях.

А.М. Ну, лет 300 я вам гарантирую. Если раньше не разобьёте.

А.Г. Нет, нет. Будем беречь как зеницу ока. Там ещё и песок на дне, для того чтобы было полное… Потрясающе!

Ж.Ч. Только этикетку на латыни надо было написать.

А.М. Есть там этикетка в виде рыбы, которая составляет мои инициалы с фамилией.

А.Г. Потрясающе. Спасибо вам огромное и за передачу, и за этот царский подарок. Если наша программа будет выходить в эфир хотя бы сотую часть того времени, которое вы гарантировали этому экспонату…

А.М. Я надеюсь, что в ближайшие 50 лет ко мне претензий уже не будет.

А.Г. Спасибо огромное.

Зачем рыбам нужны яркие краски? Каково происхождение разнообразной пигментации рыб? Что такое мимикрия? Кто видит яркие краски рыб на глубине, где царит вечная тьма? О том, как соотносится окраска рыб с их поведенческими реакциями и какие социальные функции она имеет, - биологи Александр Микулин и Жерар Черняев.

Обзор темы

Окраска имеет важное экологическое значение для рыб. Различают покровительственную и предупреждающую окраску. Покровительственная окраска предназначена замаскировать рыбу на фоне окружающей среды. Предупреждающая, или сематическая, окраска обычно состоит из бросающихся в глаза больших, контрастных пятен или полос, имеющих четкие границы. Она предназначена, например у ядовитых и ядоносных рыб, для предупреждения хищника от нападения на них и в этом случае называется отпугивающей. Опознавательная окраска используется для предостережения соперника у территориальных рыб, или для привлечения самок самцами, предупреждая их о том, что самцы готовы к нересту. Последняя разновидность предупреждающей окраски обычно называется брачным нарядом рыб. Часто опознавательная окраска демаскирует рыбу. Именно по этой причине у многих охраняющих территорию или свое потомство рыб опознавательная окраска в виде яркого красного пятна располагается на брюхе, демонстрируется сопернику в случае необходимости и не мешает маскировке рыбы при ее расположении брюхом ко дну.

Существует также псевдосематическая окраска, имитирующая предупреждающую окраску другого вида. Ее также называют мимикрией. Она позволяет безвредным видам рыб избегать атаки хищника, принимающего их за опасный вид.

Существуют иные классификации окраски. Например, выделяют типы окраски рыб, отражающие особенности экологической приуроченности данного вида. Пелагическая окраска характерна для приповерхностных обитателей пресных и морских вод. Она характеризуется черной, синей или зеленой спиной и серебристыми боками и брюшком. Темная спина делает рыбу менее заметной на фоне дна. Речные рыбы имеют черную и темно-коричневую окраску спины, поэтому на фоне темного дна они менее заметны. У озерных рыб спина окрашена в синеватые и зеленоватые тона, поскольку такой цвет их спины менее заметен на фоне зеленоватой воды. Синяя и зеленая спина характерна для большинства морских пелагических рыб, что скрывает их на фоне синих морских глубин. Серебристые бока и светлое брюшко рыб плохо видны снизу на фоне зеркальной поверхности. Наличие у пелагических рыб киля на брюхе сводит к минимуму тень, образующуюся с брюшной стороны и демаскирующую рыбу. При взгляде на рыбу с боку свет, падающий на темную спинку, и тень нижней части рыбы, скрадываемая блеском чешуи, придают рыбе серый, незаметный вид.

Донная окраска характеризуется темной спинкой и боками, иногда с более темными разводами, и светлым брюшком. У донных рыб, живущих над галечным грунтом рек с прозрачной водой, обычно на боках тела есть светлые, черные и иной окраски пятна, иногда слегка вытянутые в спинно-брюшном направлении, иногда расположенные в виде продольной полосы (так называемая русловая окраска). Эта окраска делает рыб малозаметными на фоне галечного грунта в прозрачной текучей воде. У донных рыб стоячих пресноводных водоемов ярких темных пятен по бокам тела не бывает или они имеют размытые очертания.

Зарослевая окраска рыб характеризуется коричневатой, зеленоватой или желтоватой спинкой и обычно поперечными или продольными полосами и разводами на боках. Эта окраска свойственна рыбам, обитающим среди подводной растительности, и коралловых рифов. Поперечные полосы свойственны хищникам-засадчикам, охотящимся из засады прибрежных зарослей (щука, окунь), или медленно плавающим среди них рыбам (барбусы). Рыбам, обитающим у поверхности, среди лежащих на поверхности водорослей, характерны продольные полосы (данио рерио). Полосы не только маскируют рыбу среди водорослей, но и расчленяют внешний вид рыбы. Расчленяющая окраска, часто весьма яркая на непривычном для рыбы фоне, характерна для коралловых рыб, где они незаметны на фоне ярких кораллов.

Для стайных рыб характерна стайная окраска. Эта окраска облегчает ориентацию особей в стае друг на друга. Она обычно проявляется на фоне иных форм окраски и выражается либо в виде одного или нескольких пятен на боках тела или на спинном плавнике, либо в виде темной полосы вдоль тела или у основания хвостового стебля.

У многих мирных рыб в задней части тела имеется «обманный глаз», который дезориентирует хищника в направлении броска жертвы.

Все многообразие окраски рыб обусловлено специальными клетками - хроматофорами, залегающими в коже рыб и содержащими пигменты. Различают следующие хроматофоры: меланофоры, содержащие пигментные зерна черного цвета (меланин); красные эритрофоры и желтые ксантофоры, называемые липофорами, поскольку пигменты (каротиноиды) в них растворены в липидах; гуанофоры или иридоциты, содержащие в своей структуре кристаллы гуанина, которые придают рыбам металлический блеск и серебристую окраску чешуи. Меланофоры и эритрофоры имеют звездчатую форму, ксантофоры - округлую.

В химическом отношении пигменты разных пигментных клеток существенно отличаются. Меланины представляют собой полимеры с относительно высокой молекулярной массой черного, коричневого, красного или желтого цвета.

Меланины это весьма устойчивые соединения. Они нерастворимы ни в одном из полярных или неполярных растворителей, ни в кислотах. Вместе с тем, меланины могут обесцвечиваться на ярком солнечном свету, при длительном воздействии воздуха или, особенно эффективно, при продолжительном окислении перекисью водорода.

Меланофоры способны синтезировать меланины. Образование меланина происходит в несколько стадий за счет последовательного окисления тирозина до дигидроксифенилаланина (ДОФА) и далее пока не произойдет полимеризация меланиновой макромолекулы. Меланины также могут синтезироваться из триптофана и даже из адреналина.

В ксантофорах и эритрофорах преобладающими пигментами являются каротиноиды, растворенные в жирах. Кроме них в этих клетках могут находиться птерины, как без каротиноидов, так и в комбинации с ними. Птерины в этих клетках локализованы в специализированных небольших органеллах, называемых птериносомами, которые расположены по всей цитоплазме. Даже у видов, которые окрашены главным образом каротиноидами, в развивающихся ксантофорах и эритрофорах сначала синтезируются и становятся видимыми птерины, тогда как каротиноиды, которые должны быть получены из пищи, выявляются лишь позднее.

Птерины обеспечивают желтую, оранжевую или красную окраску у ряда групп рыб, а также у амфибий и рептилий. Птерины - амфотерные молекулы со слабыми кислотными и основными свойствами. Они плохо растворимы в воде. Синтез птеринов происходит через пуриновые (гуанин) промежуточные продукты.

Гуанофоры (иридофоры) по форме и размерам весьма разнообразны. В состав гуанофоров входят кристаллы гуанина. Гуанин относится к пуриновым основаниям. Шестигранные кристаллы гуанина располагаются в плазме гуанофоров и, благодаря токам плазмы, могут концентрироваться или распределяться по клетке. Это обстоятельство, с учетом угла падения света, приводит к изменению цвета покровов рыбы от серебристо-белого до синевато-фиолетового и сине-зеленого или даже желто-красного. Так, блестящая сине-зеленая полоса неоновой рыбки под действием электрического тока приобретает блеск красного цвета, подобно эритрозонусам. Гуанофоры, располагаясь в коже ниже остальных пигментных клеток, в сочетании с ксантофорами и эритрофорами дают зеленый, а с этими клетками и меланофорами - синий цвет.

Обнаружен еще один способ приобретения рыбами синевато-зеленого цвета своих покровов. Замечено, что во время нереста самки пинагора выметывают не все ооциты. Часть их остается в гонадах и в процессе резорбции приобретает синевато-зеленый цвет. В посленерестовый период плазма крови самок пинагора приобретает ярко-зеленый цвет. Аналогичный сине-зеленый пигмент обнаружен в плавниках и коже самок, который, по-видимому, имеет приспособительное значение при их посленерестовом откорме в прибрежной зоне моря среди водорослей.

По мнению одних исследователей, только к меланофорам подходят нервные окончания, причем меланофоры имеют двойную иннервацию: симпатическую и парасимпатическую, в то время как ксантофоры, эритрофоры и гуанофоры не имеют иннервации. Экспериментальные данные других авторов указывают на нервную регуляцию и эритрофоров. Гуморальной регуляции подчинены все типы пигментных клеток.

Изменения окраски рыб происходят двумя способами: за счет накопления, синтеза или разрушения пигмента в клетке и за счет изменения физиологического состояния самого хроматофора без изменения в нем содержания пигмента. Примером первого способа изменения окраски является ее усиление в преднерестовый период у многих рыб за счет накопления каротиноидных пигментов в ксантофорах и эритрофорах при их поступлении в эти клетки из других органов и тканей. Другой пример: обитание рыб на светлом фоне обусловливает усиление образования гуанина в гуанофорах и одновременно распад меланина в меланофорах и, наоборот, образование меланина, происходящее на темном фоне, сопровождается исчезновением гуанина.

При физиологическом изменении состояния меланофора под действием нервного импульса пигментные зерна, расположенные в подвижной части плазмы - в киноплазме, вместе с ней собираются в центральной части клетки. Этот процесс называется контракцией (агрегацией) меланофора. Благодаря контракции, подавляющая часть пигментной клетки освобождается от пигментных зерен, в результате чего уменьшается яркость цвета. При этом форма меланофора, поддерживаемая поверхностной мембраной клетки и скелетными фибриллами, остается неизменной. Процесс распределения пигментных зерен по всей клетке называется экспансией.

Меланофоры, расположенные в эпидермисе у двоякодышащих и нас с Вами, не способны к изменению цвета за счет перемещения в них пигментных зерен. У человека потемнение кожи на солнце происходит за счет синтеза пигмента в меланофорах, а просветление - за счет сшелушивания эпидермиса вместе с пигментными клетками.

Под действием гормональной регуляции, цветность ксантофоров, эритрофоров и гуанофоров изменяется за счет изменения формы самой клетки, а у ксантофоров и эритрофоров и за счет изменения концентрации пигментов в самой клетке.

Процессы контракции и экспансии пигментных гранул меланофоров связаны с изменениями процессов смачиваемости киноплазмы и эктоплазмы клетки, приводящие к изменению поверхностного натяжения на границе этих двух слоев плазмы. Это чисто физический процесс и может быть искусственно осуществлен даже у погибшей рыбы.

При гормональной регуляции мелатонин и адреналин вызывает контракцию меланофоров, в свою очередь гормоны задней доли гипофиза - экспансию: питуитрин - меланофоров, а пролактин вызывает экспансию ксантофоров и эритрофоров. Гуанофоры также подвержены гормональному воздействию. Так адреналин увеличивает дисперсию пластинок в гуанофорах, в то время как увеличение внутриклеточного уровня цАМФ усиливает агрегацию пластинок. Меланофоры регулируют движение пигмента путем изменения внутриклеточного содержания цАМФ и Са++, тогда как в эритрофорах регуляция осуществляется только на основе кальция. Резкому повышению уровня внеклеточного кальция или его микроинъекция в клетку сопутствует агрегации пигментных гранул в эритрофорах, но не в меланофорах.

Вышеуказанные данные показывают, что в регуляции процессов экспансии и контракции как меланофоров, так и эритрофоров важную роль играют как внутриклеточный, так и внеклеточный кальций.

Окраска рыб в их эволюции не могла возникнуть специально для поведенческих реакций и должна иметь какую-то предшествующую физиологическую функцию. Другими словами, набор пигментов кожи, структура пигментных клеток и их расположение в коже рыб, видимо, не случайны и должны отражать эволюционный путь изменения функций этих структур, в процессе которого возникла современная организация пигментного комплекса кожи ныне живущих рыб.

Предположительно, изначально пигментная система участвовала в физиологических процессах организма в составе выделительной системы кожи. В дальнейшем, пигментный комплекс кожи рыб стал участвовать в регуляции фотохимических процессов, протекающих в кориуме, а на поздних этапах эволюционного развития - стал выполнять функцию собственно окраски рыб в поведенческих реакциях.

Для примитивных организмов выделительная система кожи играет важную роль в их жизнедеятельности. Естественно, что одной из задач снижения вредного действия конечных продуктов метаболизма является уменьшение их растворимости в воде путем полимеризации. Это, с одной стороны, позволяет нейтрализовать их токсическое действие и одновременно накапливать метаболиты в специализированных клетках без их значительных затрат с дальнейшим удалением этих полимерных структур из организма. С другой - сам процесс полимеризации часто сопряжен с удлинением структур, поглощающих свет, что может приводить к появлению окрашенных соединений.

По-видимому, пурины, в виде кристаллов гуанина, и птерины оказались в коже как продукты азотистого метаболизма и удалялись или накапливались, например, у древних обитателей болот в периоды засухи, когда они впадали в спячку. Интересно отметить, что пурины и особенно птерины широко представлены в покровах тела не только рыб, но и земноводных и рептилий, а также членистоногих, в частности у насекомых, что, возможно, связано со сложностью их удаления в связи с выходом этих групп животных на сушу.

Сложнее объяснить накопление меланина и каротиноидов в коже рыб. Как указывалось выше, биосинтез меланина осуществляется за счет полимеризации индольных молекул, являющихся продуктами ферментативного окисления тирозина. Индол токсичен для организма. Меланин оказывается идеальным вариантом консервации вредных индольных производных.

Каротиноидные пигменты, в отличие от рассмотренных выше, не являются конечными продуктами метаболизма и весьма реакционоспособны. Они пищевого происхождения и, следовательно, для выяснения их роли удобнее рассматривать их участие в метаболизме в замкнутой системе, например в икре рыб.

За последнее столетие высказано более двух десятков мнений о функциональном значении каротиноидов в организме животных, в том числе рыб и их икры. Особенно жаркие споры шли относительно роли каротиноидов в дыхании и иных окислительно-восстановительных процессах. Так предполагалось, что каротиноиды способны трансмембранно переносить кислород, или запасать его по центральной двойной связи пигмента. В семидесятых годах прошлого столетия Виктор Владимирович Петруняка высказал предположение о возможном участии каротиноидов в кальциевом обмене. Им обнаружено сосредоточение каротиноидов в определенных участках митохондрий, называемых калькосферулами. Обнаружено взаимодействие каротиноидов с кальцием в процессе эмбрионального развития рыб, благодаря которому происходит изменение цвета этих пигментов.

Установлено, что основными функциями каротиноидов в икре рыб являются: их антиоксидантная роль по отношению к липидам, а также участие в регуляции кальциевого обмена. Напрямую в процессах дыхания они не участвуют, но чисто физически способствуют растворению, а, следовательно, и запасанию кислорода в жировых включениях.

Принципиально изменились взгляды на функции каротиноидов в связи со структурной организацией их молекул. Каротиноиды состоят из иононовых колец, включающих кислородосодержащие группировки - ксантофиллы, или без них - каротины и углеродной цепи, включающей систему двойных сопряженных связей. Ранее большое значение в функциях каротиноидов предавалось изменениям группировок в иононовых кольцах их молекул, то есть превращению одних каротиноидов в другие. Нами показано, что качественный состав в работе каротиноидов большого значения не имеет, а функциональные возможности каротиноидов связаны с наличием цепи сопряжения. Она определяет спектральные свойства данных пигментов, а также пространственную структуру их молекул. Эта структура гасит энергию радикалов в процессах перекисного окисления липидов, выполняя функцию антиоксидантов. Она обеспечивает или препятствует трансмембранному переносу кальция.

В икре рыб есть и другие пигменты. Так пигмент, близкий по спектру поглощения света к желчным пигментам, и его белковый комплекс у скорпеновых рыб определяет разнообразие окраски икры этих рыб, обеспечивая обнаружение родной кладки. Уникальный гемопротеид в желтке икры сиговых рыб способствует выживанию ее при развитии в состоянии пагона, то есть при вмерзании в лед. Он способствует холостому сжиганию части желтка. Обнаружено, что его содержание в икре выше у тех видов сигов, развитие которых происходит в более суровых температурных условиях зимы.

Каротиноиды и их производные - ретиноиды, например витамин А, способны накапливать или трансмембранно переносить соли двухвалентных металлов. Это их свойство, видимо, весьма важно для морских беспозвоночных, выводящих из организма кальций, который используется в дальнейшем в постройке наружного скелета. Возможно, именно этим обусловлено наличие наружного, а не внутреннего скелета у подавляющего большинства беспозвоночных. Общеизвестно, что наружные кальцийсодержащие структуры широко представлены у губок, гидроидов, кораллов и червей. Они содержат значительные концентрации каротиноидов. У моллюсков основная масса каротиноидов сосредоточена в подвижных клетках мантии - амебоцитах, которые транспортируют и секретируют СаСО 3 в раковину. У ракообразных и иглокожих каротиноиды в комплексе с кальцием и белком входят в состав их панциря.

Остается неясным вопрос, каким образом эти пигменты доставляются в кожу. Возможно, исходными клетками, доставлявшими пигменты в кожу, являлись фагоциты. У рыб обнаружены макрофаги, фагоцитирующие меланин. На сходство меланофоров с фагоцитами указывает наличие у их клеток отростков и амебоидное перемещение, как фагоцитов, так и предшественников меланофоров, к местам их постоянного расположения в коже. При разрушении эпидермиса, в нем также появляются макрофаги, потребляющие меланин, липофусцин и гуанин.

Местом образования хроматофоров у всех классов позвоночных являются скопления клеток так называемого нервного гребня, возникающего над нервной трубкой на месте отчленения нервной трубки от эктодермы в процессе нейруляции. Это отчленение осуществляется фагоцитами. Хроматофоры в виде непигментированных хроматобластов на эмбриональных стадиях развития рыб способны перемещаться в генетически предопределенные участки тела. Более зрелые хроматофоры не способны к амебоидным движениям и не изменяют свою форму. Далее в них образуется, соответствующий данному хроматофору, пигмент. В эмбриональном развитии костистых рыб хроматофоры разных типов возникают в определенной последовательности. Вначале дифференцируются меланофоры дермы, затем ксантофоры и гуанофоры. В процессе онтогенеза от ксантофоров происходят эритрофоры. Таким образом, ранние процессы фагоцитоза в эмбриогенезе совпадают по времени и в пространстве с возникновением непигментированных хроматобластов - предшественников меланофоров.

Итак, сравнительный анализ структуры и функций меланофоров и меланомакрофагов дает основание полагать, что на ранних этапах филогенеза животных пигментная система, видимо, являлась частью выделительной системы кожи.

Появившись в поверхностных слоях тела, пигментные клетки стали выполнять иную функцию, не связанную с выделительными процессами. В дермальном слое кожи костистых рыб хроматофоры локализованы особым образом. Ксантофоры и эритрофоры обычно располагаются в среднем слое дермы. Под ними лежат гуанофоры. Меланофоры находятся в нижнем слое дермы под гуанофорами и в верхнем слое дермы непосредственно под эпидермисом. Такое расположение пигментных клеток не случайно и, возможно, связано с тем, что в коже сосредоточены фотоиндуцированные процессы синтеза ряда важных для метаболических процессов веществ, в частности, витаминов группы Д. Для выполнения этой функции меланофоры регулируют интенсивность проникновения света в кожу, а гуанофоры выполняют функцию отражателя, дважды пропуская свет через дерму при его недостатке. Интересно отметить, что прямое воздействие света на участки кожи приводит к изменению реакции меланофоров.

Существуют меланофоры двух типов, отличающиеся по внешнему виду, локализации в коже, реакции на нервные и гуморальные воздействия.

У высших позвоночных, в том числе у млекопитающих и птиц, в основном встречаются эпидермальные меланофоры, более часто называемые меланоцитами. У амфибий и рептилий они представляют собой тонкие удлиненные клетки, играющие незначительную роль в быстром изменении окраски. Есть эпидермальные меланофоры и у примитивных рыб, в частности у двоякодышащих. Они не имеют иннервации, не содержат микротрубочек и не способны к контракции и экспансии. В большей степени изменение окраски этих клеток связано с их способностью синтезировать собственный меланиновый пигмент, особенно при воздействии света, а ослабление окраски происходит в процессе сшелушивания эпидермиса. Эпидермальные меланофоры характерны для организмов, обитающих или в пересыхающих водоемах и впадающих в анабиоз (двоякодышащие), или живущих вне воды (наземные позвоночные).

Почти у всех пойкилотермных животных, в том числе и рыб, встречаются дермальные меланофоры дендровидной формы, быстро реагирующие на нервные и гуморальные воздействия. Учитывая, что меланин не реакционоспособен, он не может выполнять каких-либо иных физиологических функций, кроме как экранировать или дозировано пропускать свет в кожу. Интересно отметить, что процесс окисления тирозина с определенного момента идет в двух направлениях: в сторону образования меланина и в сторону образования адреналина. В эволюционном плане у древних хордовых такое окисление тирозина могло происходить только в коже, где был доступ кислорода. При этом сам адреналин у современных рыб воздействует через нервную систему на меланофоры, а в прошлом, возможно, производясь в коже, непосредственно приводил к их контракции. Учитывая, что выделительную функцию изначально выполняла кожа, а, в дальнейшем, на выполнение этой функции специализировались почки, интенсивно снабжающиеся кислородом крови, хромаффинные клетки у современных рыб, производящие адреналин, располагаются в надпочечниках.

Рассмотрим становление пигментной системы в коже в процессе филогенетического развития примитивных хордовых, рыбообразных и рыб.

У ланцетника пигментных клеток в коже нет. Однако у ланцетника имеется непарное светочувствительное пигментное пятно на передней стенке невральной трубки. Также, вдоль всей нервной трубки, по краям невроцеля, располагаются светочувствительные образования - глазќи Гессе. Каждый из них представляет собой комбинацию из двух клеток: светочувствительной и пигментной.

У оболочников тело одето однослойным клеточным эпидермисом, который выделяет на свою поверхность особую толстую студенистую оболочку - тунику. В толще туники проходят сосуды, по которым циркулирует кровь. Специализированных пигментных клеток в коже нет. Нет у оболочников и специализированных органов выделения. Однако у них есть особые клетки - нефроциты, в которых накапливаются продукты метаболизма, придавая им и телу красновато-бурую окраску.

У примитивных круглоротых в коже имеется два слоя меланофоров. В верхнем слое кожи - кориуме, под эпидермисом расположены редкие клетки, а в нижней части кориума - мощный слой клеток, содержащих меланин или гуанин, экранирующий попадание света на нижележащие органы и ткани. Как указывалось выше, у двоякодышащих имеются неиннервируемые эпидермальные и дермальные меланофоры звездчатой формы. У филогенетически более продвинутых рыб меланофы, способные изменять свою светопроницаемость за счет нервной и гуморальной регуляции, раположены в верхних слоях под эпидермисом, а гуанофоры - в нижних слоях дермы. У костных ганоидов и костистых рыб в дерме между слоями меланофоров и гуанофоров появляются ксантофоры и эритрофоры.

В процессе филогенетического развития низших позвоночных параллельно с усложнением пигментной системы кожи происходило усовершенствование органов зрения. Именно светочувствительность нервных клеток в сочетании с регуляцией пропускания света меланофорами легли в основу возникновения зрительных органов у позвоночных.

Так, нейроны многих животных в ответ на освещение реагируют изменением электрической активности, а также увеличением скорости выделения медиатора из нервных окончаний. Обнаружена неспецифическая светочувствительность нервной ткани, содержащей каротиноиды.

Фоточувствительными являются все отделы мозга, но наибольшей обладают средняя часть мозга, расположенная между глазами, и эпифиз. В клетках эпифиза имеется фермент, функцией которого является превращение серотонина в мелатонин. Последний вызывает контракцию меланофоров кожи и замедление роста гонад производителей. При освещении эпифиза концентрация мелатонина в нем снижается.

Известно, что зрячие рыбы на темном фоне темнеют, а на светлом - светлеют. Однако, яркий свет вызывает потемнение рыбы из-за уменьшения выработки мелатонина эпифизом, а слабое освещение или его отсутствие - посветление. Аналогичным образом рыбы реагируют на свет после удаления глаз, то есть, в темноте светлеют, а на свету темнеют. Отмечено, что у слепой пещерной рыбки остаточные меланофоры кожи головы и средней части туловища реагируют на свет. У многих рыб при их созревании, благодаря гормонам эпифиза усиливается окраска кожи.

Обнаружено индуцированное светом изменение цвета отражения гуанофорами у фундулуса, красного неона и голубого неона. Это указывает, что изменение цвета блеска, обусловливающего дневную и ночную окраску, зависит не только от зрительного восприятия света рыбой, но и прямого действия света на кожу.

У эмбрионов, личинок и мальков рыб, развивающихся в верхних, хорошо освещенных слоях воды, меланофоры, с дорсальной стороны, прикрывают от воздействия света центральную нервную систему и, кажется, что видны все пять отделов мозга. У развивающихся на дне - такое приспособление отсутствует. Воздействие света на икру и личинок севанского сига вызывает усиленный синтез меланина в коже эмбрионов в процессе эмбрионального развития этого вида.

Меланофорно-гуанофорная система регуляции света в коже рыб, однако, имеет недостаток. Для выполнения фотохимических процессов необходим датчик света, который бы определял, сколько света реально прошло в кожу, и передавал бы эту информацию меланофорам, которые должны или усилить, или ослабить световой поток. Следовательно, структуры такого датчика должны, с одной стороны, поглощать свет, т. е. содержать пигменты, с другой - сообщать информацию о величине потока попадающего на них света. Для этого они должны обладать высокой реакционной способностью, быть жирорастворимым, а также, менять под действием света структуру мембран и изменять ее проницаемость для различных веществ. Такие датчики-пигменты должны находиться в коже ниже меланофоров, но выше гуанофоров. Именно в этом месте располагаются эритрофоры и ксантофоры, содержащие каротиноиды.

Как известно, у примитивных организмов каротиноиды участвуют в световосприятии. Каротиноиды присутствуют в глазках одноклеточных организмов, способных к фототаксису, в структурах грибов, гифы которых реагируют на свет, в глазах ряда беспозвоночных и рыб.

В дальнейшем, у более высокоразвитых организмов каротиноиды в органах зрения заменяются на витамин А, который не поглощает свет в видимой части спектра, но, будучи частью родопсина, также является пигментом. Преимущество такой системы очевидно, поскольку цветной родопсин, поглотив свет, распадается на опсин и витамин А, которые, в отличие от каротиноидов, не поглощают видимый свет.

Разделение самих липофоров на эритрофоры, которые способны изменять пропускание света под действием гормонов, и ксантофоры, собственно, по-видимому, являющихся детекторами света, позволило данной системе регулировать фотосинтетические процессы в коже, не только при одномоментном воздействии света на организм извне, но и соотносить это с физиологическим состоянием и потребностями организма в данных веществах, гормонально регулируя светопрохождение как через меланофоры, так и через эритрофоры.

Таким образом, сама окраска, видимо, являлась преобразованным следствием выполнения пигментами иных физиологических функций, связанных с поверхностью тела и, подхваченная эволюционным отбором, приобрела самостоятельную функцию в мимикрии и для сигнальных целей.

Возникновение различных типов окраски исходно имело физиологические причины. Так, для обитателей приповерхностных вод, подверженных влиянию значительной инсоляции, на дорсальной части тела необходима мощная меланиновая пигментация в виде меланофоров верхней части дермы (для регуляции пропускания света в кожу) и в нижнем слое дермы (для экранирования организма от избытка света). На боках и особенно брюхе, где интенсивность поступления света в кожу меньше, необходимо снижение концентрации меланофоров в коже при увеличении количества гуанофоров. Возникновение такой окраски у пелагических рыб одновременно способствовало уменьшению заметности этих рыб в толще воды.

Молодь рыб в большей степени реагирует на интенсивность освещения, чем на изменение фона, то есть, в полной темноте они светлеют, а на свету темнеют. Это указывает на защитную роль меланофоров от избыточного действия свет на организм. Мальки рыб в данном случае в силу меньших своих размеров, чем взрослые особи, сильнее подвержены вредному воздействию света. Подтверждением этого является значительно большая гибель менее пигментированных меланофорами мальков при воздействии на них прямых лучей солнечного света. С другой стороны, более темные мальки интенсивнее выедаются хищниками. Воздействие этих двух факторов: света и хищников приводит к возникновению суточных вертикальных миграций у большинства рыб.

У молоди многих видов рыб, ведущих стайный образ жизни у самой поверхности воды, в целях защиты организма от избыточного воздействия света на спине под меланофорами развивается мощный слой гуанофоров, придавая спине синеватый или зеленоватый оттенок, а у мальков некоторых рыб, например кефалевых, спинка за счет гуанина буквально светится отраженным светом, защищая от избыточной инсоляции, но и делая мальков заметными для рыбоядных птиц.

У многих тропических рыб, обитающих в мелких речушках, затененных пологом леса от солнечного света, в коже под меланофорами усиливается слой гуанофоров, для вторичного пропускания света через кожу. У таких рыб часто встречаются виды, дополнительно использующих гуаниновый блеск в виде «светящихся» полос, как у неонов, или пятен в качестве ориентира при создании стай или в нерестовом поведении для обнаружения в полумраке особей противоположного пола своего вида.

Морские донные рыб, часто уплощенные в дорзо-вентральном направлении и ведущие малоподвижный образ жизни, должны обладать, для регуляции фотохимических процессов в коже, быстрыми изменениями отдельных групп пигментных клеток на своей поверхности в соответствии с локальной фокусировкой света на их поверхности кожи, возникающий в процессе его преломления поверхностью воды во время волнения и ряби. Это явление могло быть подхвачено отбором и привести к возникновению мимикрии, выражающейся в быстром изменении тона или рисунка тела под цвет дна. Интересно отметить, что высокой способностью изменять свою окраску обладают обычно морские донные обитатели или рыбы, предки которых были донными. В пресных водах явления «солнечных зайчиков» на дне, как правило, не возникает, нет и рыб с быстрым изменением окраски.

С глубиной интенсивность света падает, что, на наш взгляд, приводит к необходимости увеличения светопропускания через покровы, а, следовательно, к снижению количества меланофоров с одновременным усилением регуляции светопроникновения с помощью липофоров. Именно с этим, видимо, связано то, что у многих полуглубоководных рыб становится красной. Красные пигменты на глубине, куда не доходят красные лучи солнечного света, выглядят черными. На больших глубинах рыбы или бесцветны, или, у светящихся рыб, имеют черную окраску. Этим они отличаются от пещерных рыб, где в отсутствии света нет вообще необходимости в светорегулирующей системе в коже, в связи с чем у них исчезают меланофоры и гуанофоры, а в последнюю очередь у многих - и липофоры.

Развитие покровительственной и предупреждающей окраски у разных систематических групп рыб, на наш взгляд, могло идти только на основе уже возникшего в процессе эволюционного развития уровня организации пигментного комплекса кожи конкретной группы рыб.

Таким образом, столь сложная организация пигментной системы кожи, позволяющая изменять окраску многим рыбам и приспосабливаться к различным условиям обитания, имела свою предысторию со сменой функций, таких как участие в выделительных процессах, в фотопроцессах кожи и, наконец, в собственно окраске тела рыб.

Библиография

Бриттон Г. Биохимия природных пигментов. М., 1986

Карнаухов В. Н. Биологические функции каротиноидов. М., 1988

Котт К. Приспособительная окраска животных. М., 1950

Микулин А. Е., Соин С. Г. О функциональном значении каротиноидов в эмбриональном развитии костистых рыб//Вопр. ихтиологии. 1975. Т. 15. Вып. 5 (94)

Микулин А. Е., Котик Л. В., Дубровин В. Н. Закономерности динамики изменения каротиноидных пигментов в процессе эмбрионального развития костистых рыб//Биол. науки. 1978. № 9

Микулин А. Е. Причины изменения спектральных свойств каротиноидов в эмбриональном развитии костистых рыб/Биологически активные вещества и факторы в аквакультуре. М., 1993

Микулин А. Е. Функциональное значение пигментов и пигментации в онтогенезе рыб. М., 2000

Петруняка В. В. Сравнительное распределение и роль каротиноидов и витамина А в тканях животных//Журн. эвол. биохим. и физиол. 1979. Т.15. № 1

Черняев Ж. А., Арцатбанов В. Ю., Микулин А. Е., Валюшок Д. С. Цитохром «О» в икре сиговых рыб//Вопр. ихтиологии. 1987. Т. 27. Вып. 5

Черняев Ж. А., Арцатбанов В. Ю., Микулин А. Е., Валюшок Д. С. Особенности пигментации икры сиговых рыб//Биология сиговых рыб: Сб. науч. тр. М., 1988

Рыбы, населяющие пещеры, весьма разнообразны. В настоящее время в пещерах известны представители ряда групп отряда карпообразных - Cypriniformes (Aulopyge, Paraphoxinus, Chond- rostoma, американские сомы и др.), Cyprinodontiformes (Chologaster, Troglichthys, Amblyopsis), ряд видов бычков и др.

Условия освещения в воде отличаются от таковых в воздухе не только по интенсивности, но и по степени проникновения в глубину воды отдельных лучей спектра. Как известно, коэффициент поглощения водой лучей с различной длиной волны далеко не одинаков. Наиболее сильно поглощаются водой красные лучи. При прохождении слоя воды в 1 м поглощается 25% красных лучей и только 3% фиолетовых. Однако даже фиолетовые лучи на глубине свыше 100 м становятся почти неразличимыми. Следовательно, на глубинах рыбы слабо различают цвета.

Видимый спектр, который воспринимают рыбы, несколько отличен от спектра, воспринимаемого наземными позвоночными. У разных рыб имеются различия, связанные с характером их местообитания. Виды рыб, живущие в прибрежной зоне и в по-

Рис. 24. Пещерные рыбы (сверху вниз) - Chologaster, Typhli- chthys; Amblyopsis (Cyprinodontiformes)

верхностных слоях воды, обладают более широким видимым спектром, чем рыбы, живущие на больших глубинах. Подкамен- щик-керчак-Myoxocephalus scorpius (L.) - обитатель небольших глубин, воспринимает цвета с длиной волны от 485 до 720 ммк, а держащийся на больших глубинах звездчатый скат - Raja radiata Donov. - от 460 до 620 ммк, пикша Melanogrammus aeglefinus L.-от 480 до 620 ммк (Протасов и Голубцов, 1960). При этом следует отметить, что сокращение видимости идет, в первую очередь, за счет длинноволновой части спектра (Протасов, 1961).

То, что большинство видов рыб различают цвета, доказывается целым рядом наблюдений. Не различают цветов, видимо, только некоторые хрящевые рыбы (Chondrichthyes) и хрящевые ганоиды (Chondrostei). Остальные рыбы хорошо различают
цвета, что доказано, в частности, многими опытами с применением условно-рефлекторной методики. Например, пескаря - Gobio gobio (L.) -удавалось приучать к тому, чтобы он брал корм из чашечки определенного цвета.

Известно, что рыбы могут изменять окраску и рисунок кожи в зависимости от цвета грунта, на котором они находятся.

При этом, если рыбе, приученной к черному грунту и изменившей соответствующим образом окраску, давали на выбор ряд грунтов различной расцветки, то рыба выбирала обычно тот грунт, к которому была. приучена и окраске которого соответствует цвет ее кожи.

Особенно резкие изменения в цвете тела на различных грунтах наблюдаются у камбал. При этом меняется не только тон, но и рисунок, в зависимости от характера грунта, на котором находится рыба. Каков механизм этого явления, еще точно не выяснено. Известно, только, что изменение окраски происходит в результате соответствующего раздражения глаза. Семцер (Sumner, 1933), надевая прозрачные цветные колпачки на глаза рыбы, вызвал у нее изменение окраски в тон цвета колпачков. Камбала, тело которой находится на грунте одного цвета, а голова - на грунте другого цвета, изменяет окраску тела соответственно фону, на котором находится голова (рис. 25). "

Естественно, что окраска тела рыбы теснейшим образом связана с условиями освещенности.

Обычно принято выделять следующие основные типы окраски рыб, являющиеся приспособлением к определенным условиям местообитания.

Рис. 25. Зависимость окраски тела камбалы от цвета грунта, на котором находится ее голова

Пелагическая окраска--синеватая или зеленоватая спинка и серебристые бока и брюшко. Подобный тип окраски свойствен рыбам, живущим в толще воды (сельди, анчоусы,
уклейка и др.). Синеватая спинка делает рыбу мало заметной сверху, а серебристые бока и брюшко плохо видимы снизу на фоне зеркальной поверхности.

Зарослевая о к р а с к а - коричневатая, зеленоватая или желтоватая спинка и обычно поперечные полосы или разводы на боках. Эта окраска свойственна рыбам зарослей или коралловых рифов. Иногда эти рыбы, особенно в тропической зоне, могут быть окрашены весьма ярко.

Примерами рыб с зарослевой окраской могут служить: обыкновенный окунь и щука - из пресноводных форм; морской ерш-скорпена, многие губаны и коралловые рыбы - из морских.

Донная окраска - темная спинка и бока, иногда с более темными разводами и светлым брюшком (у камбал светлым оказывается обращенный к грунту бок). У донных рыб, живущих над галечниковым грунтом рек с прозрачной водой, обычно на боках тела имеются черные пятка, иногда слегка вытянутые в спиннобрюшном направлении, иногда расположенные в виде продольной полоски (так называемая русловая окраска). Такая окраска свойственна, например, молоди лосося в речной период жизни, молоди хариуса, обыкновенному гольяну и другим рыбам. Эта окраска делает рыб мало заметными на фоне галеч- никового грунта в прозрачной текучей воде. У донных рыб стоя* чих вод ярких темных пятен по бокам тела обычно не бывает, или они имеют размытые очертания.

Особо выделяется стайная окраска у рыб. Эта окраска облегчает ориентацию особей в стае друг на друга. Она проявляется в виде либо одного или нескольких пятен на боках тела или на спинном плавнике, либо в виде темной полосы вдоль тела. Примером может служить окраска амурского гольяна - Phoxinus lagovskii Dyb., молоди колючего горчака - Acanthorhodeus asmussi Dyb., некоторых сельдей, пикши и др. (рис. 26).

Весьма специфична окраска глубоководных рыб.

Обычно эти рыбы окрашены или в темные, иногда почти черные или в красные тона. Объясняется это тем, что даже на сравнительно небольших глубинах красный цвет под водой кажется черным и плохо заметен для хищников.

Несколько иная картина окраски наблюдается у глубоководных рыб, имеющих на теле органы свечения. У этих рыб в коже много гуанина, придающего телу серебристый блеск (Argyropelecus и др.).

Как хорошо известно, окраска рыб не остается неизменной в течение индивидуального развития. Она меняется при переходе рыбы, в процессе развития, из одного местообитания в другое. Так, например, окраска молоди лососей в реке имеет характер руслового типа, при скате в море она заменяется пелагической, а по возвращении рыбы обратно в реку для размножения она снова приобретает русловый характер. Окраска может меняться и в течение суток; так, у некоторых представителей Cha- racinoidei, (Nannostomus) днем окраска стайная - черная полоса вдоль тела, а ночью проявляется поперечная полоса- тость, т. е. окраска становится зарослевой.

Так называемая брачная окраска у рыб часто является

Рис. 26, Типы стайной окраски у рыб (сверху вниз): амурский гольян - Phoxinus lagowsku Dyb.; колючий горчак (молодь) - Acanthorhodeus asmussi Dyb.; пикша - Melanogrammus aeglefinus (L.)

защитным приспособлением. Брачная окраска отсутствует у рыб, нерестующих на глубинах, и обычно плохо выражена у рыб, нерестующих в ночное время.

Разные виды рыб по-разному реагируют на свет. Одни привлекаются светом: килька Clupeonella delicatula (Norm.), сайра Cololabis saita (Brev.) и др. Некоторые<рыбы, как например сазан, избегают света. На свет обычно привлекаются рыбы, которые питаются, ориентируясь при помощи органа зрения, главным образом так называемые «зрительные планктофаги». Меняется реакция на свет и у рыб, находящихся в разном биологическом состоянии. Так, самки анчоусовидной кильки с текучей икрой на свет не привлекаются, а отнерестовавшие или находящиеся в преднерестовом состоянии идут на свет. Меняется у многих рыб характер реакции на свет и в процессе индивидуального развития. Молодь лососей, гольяна и некот- рых других рыб прячется от света под камни, что обеспечивает ей сохранность от врагов. У пескороек - личинок миноги (кру- глоротые), у которых хвост несет светочувствительные клетки,- эта особенность связана с жизнью в грунте. Пескоройки на освещение хвостовой области реагируют плавательными движениями, глубже закапываясь в грунт.

Каковы же причины реакции рыб на свет? По этому вопросу существует несколько гипотез. Ж. Леб рассматривает привлечение рыб на свет как вынужденное, не приспособительное движение - как фототаксис. Большинство исследователей рассматривают реакцию рыб на свет как приспособление. Франц (цит. по Протасову) считает, что свет имеет сигнальное значение, во многих случаях служа сигналом об опасности. С. Г. Зуссер (1953) считает, что реакция рыб на свет есть пищевой рефлекс.

Несомненно, что во всех случаях рыба реагирует на свет приспособительно. В одних случаях это может быть защитная реакция, когда рыба избегает света, в других случаях подход на свет связан с добычей пищи. В настоящее время положительная или отрицательная реакция, рыб на свет используется в рыболовстве (Борисов, 1955). Рыбы, привлекаемые светом it образующие вокруг источника света скопления, затем вылавливаются или сетяными орудиями или выкачиваются на палубу насосом. Рыбы, отрицательно реагирующие на свет, например сазан, при помощи света выгоняются из неудобных для облова мест, например, из закоряженных участков пруда.

Значение света в жизни рыб не ограничивается только связью со зрением.

Освещенность имеет большое значение и для развития рыб. У многих видов нормальный ход обмена веществ нарушается, если их заставить развиваться в не свойственных им световых условиях (приспособленных к развитию на свету помеётить в темноту, и наоборот). Это наглядно показано Н. Н. Дислером (1953) на примере развития на свету кеты.

Свет оказывает воздействие также на ход созревания половых продуктов рыб. Эксперименты над американской палией- Salvelintis foritinalis (Mitchiil) показали, что у подопытных рыб, подвергавшихся усиленному освещению, созревание наступает раньше, чем у контрольных, находившихся при нормальном свете. Однако у рыб в высокогорных условиях, по-видимому, так же, как у некоторых млекопитающих в условиях искусственного освещения, свет, после стимулирования усиленного развития половых желез, может вызвать резкое падение их деятельности. В связи с этим у древних высокогорных форм выработалась интенсивная окраска брюшины, предохраняющая гонады от чрезмерного воздействия света.

Динамика интенсивности освещения в течение года в значительной степени определяет ход полового цикла у рыб. То, что у тропических рыб размножение происходит в течение всего года, а у рыб умеренных широт только в определенное время, в значительной степени связано с интенсивностью инсоляции.

Своеобразное защитное приспособление от света наблюдается у личинок многих пелагических рыб. Так, у личинок сельдей родов Sprattus и Sardina над нервной трубкой развивается черный пигмент, предохраняющий нервную систему и ниже лежащие органы от чрезмерного воздействия света. С резорбцией желточного пузыря пигмент над нервной трубкой у мальков исчезает. Интересно, что у близких видов, имеющих донную икру, и личинок, держащихся в придонных слоях, подобного пигмента нет.

Весьма существенное влияние оказывают солнечные лучи на ход обмена веществ у рыб. Опыты, проведенные на гамбузии (Gambusia affinis Baird. et Gir.), . показали, что у гамбузий, лишенных света, довольно быстро развивается авитаминоз, вызывающий, в первую очередь, потерю способности к размножению.

Текст: Кондаков Д.

Рисунки: Зубов Ю.

Некоторые особенности окраски рыб легко объяснимы, и связаны с их образом жизни. Так, например, полосы нужны вовсе не для того, чтобы мы сказали: "Они очень идут этой рыбке". Конечно, такой элемент окраски украшает рыбу, но природа заботилась не для нашего эстетического восприятия, а для лучшей выживаемости особи, популяции и в итоге вида. Горизонтальные полосы помогают рыбе быть незаметной среди растений, сливаясь и имитируя стебли, например: скалярия, дискус, северум и др. Это объясняет появление полос в случае стресса, испуга: раз страшно – надо спрятаться, тут и окраска помогает. Ещё полосы как бы разбивают тело визуально на несколько частей, и рыба перестаёт смотреться целостным объектом (расчленяющая окраска). Рыбы несколько близоруки, плюс ко всему, вода может быть мутной, поэтому контур тела других рыб для них не является основной зрительной информацией. Очень много для оценки ими других животных значат их глаза.

Одна из полос всегда проходит через глаз. Глаз даёт представление о направлении, в котором будет двигаться рыба. Потенциальной жертве это помогает спастись, охотнику – сбить с толку жертву. Горизонтальные полосы в окраске имеют такое же назначение (юлидохромисы, попугайчики, димидиохромисы и др.). Часто, в области хвоста присутствует пятно, похожее на глаз. Цель этого тоже обман: через глаз проходит полоса, скрывая его, а у хвоста светится всем на показ чётко заметный глаз; по логике, именно в эту сторону должна двигаться рыба, а на деле всё наоборот. Если полоса отсутствует, то ложный глаз, как правило, более заметен. Даже просто при наличии глазоподобного пятна в хвостовой части тела, легче сбить с толку другую рыбу.

Ещё один способ обезопасить своё существование и повысить значимость – казаться больше чем ты есть. Многие рыбы оценивают размер оппонента по расстоянию между глаз, чем оно больше, тем больше рыба. Удобный способ "увеличить" свой размер – ложные глаза на жаберных крышках. При их раздутии, точки становятся видны противнику, а расстояние между ними значительно больше, чем между настоящими глазами. Классический пример такого поведения – цихлазома Меека. Эти рыбы способны отстаивать территорию от значительно более крупных рыб, например, астронотусов. Раздувают жабры и рыбы, не имеющие таких особенностей окраски, но без ложных глаз этот приём менее эффективен. Часто, на теле рыбы встречается одиночное пятно, например, у бирюзовых акар, особенно заметное у подростков, размером оно, примерно, с глаз рыбы. Настоящий глаз, при этом, не маскируется. Расстояние между этой точкой и глазом, больше, чем между настоящими глазами рыбы. Если хищник примет боковую точку за второй глаз, акаре, возможно, повезёт.

Икряные пятна – релизеры, характерные для инкубирующих во рту икру рыб, в частности малавийцев, являются не просто украшением или вторичным половым признаком самцов, а выполняют вполне конкретную задачу. Выметанная икра сразу забирается в рот самки, а как же её оплодотворить? Во время нерестового кружения самец выпускает молоку, а самка, пытаясь взять ложные икринки на анальном плавнике самца, забирает молоку, и непосредственно во рту и происходит оплодотворение уже подобранной икры.

"Светящиеся" рыбки, например неоны и другие харациновые, блеск чешуи присущ многим цихлидам. Вообще, о свечении пресноводных рыб говорить неправильно, они скорее блестят, потому что кажущееся свечение, на самом деле является отражённым светом. Такое приспособление помогает рыбам находить друг друга при недостаточной освещённости, например, мутная или богатая красящими (дубильными) веществами вода. Для цихлид это важно во время ухода за мальками, ночью рыбам нужно находить партнёра, тут им помогает лунный свет, проникая в водоём и отражаясь от чешуек.

Тёмная спина и светлое брюхо присуще подавляющему большинству рыб, это маскировка. Тёмная спина помогает слиться с грунтом, светлое брюхо соответственно с поверхностью воды при взгляде на рыбу снизу. Есть интересное исключение – африканский сомик перевёртыш. Его способ добывания пищи вынуждает его часто переворачиваться и плавать наоборот, в это время он касается усами поверхности воды и собирает упавших на воду насекомых. Спинка у него белая, а брюшко тёмное, почти чёрное; по латыни он так и называется синодонтис нигревентрис, что означает чернобрюхий.

Яркий красный и насыщенный синий цвета эффектно смотрятся в аквариуме, но при погружении на значительную глубину они становятся темнее, и являются маскировкой. В большей степени это справедливо для морских рыб. Часто яркая окраска объясняется просто, стоит только поместить рыбу на соответствующий грунт, как она с ним сливается, например парчовый птеригоплихт или, достаточно ярко окрашенные, мальки псевдотрофеуса крабро легко сливаются с не однотонным грунтом.

Ещё одну особенность не сложно объяснить. Обычно самцы ярче самок. Это призвано отвлечь внимание хищника на самца, т.к. у большинства видов самка ценнее для продолжения рода, она является основным носителем будущего поколения. Ну и конечно, яркость самца это попытка доказать, что он лучший.

Это далеко не все причины той или иной окраски рыбы, многое ещё не изучено, и понять это можно, наблюдая за жизнью рыб в аквариуме. Наблюдения в природе представляют известные сложности. Некоторые особенности приспособительной окраски присущи конкретным видам.

Окраска рыб очень разнообразна. В дальневосточных водах обитает мелкая (8–10 сантиметров*), похожая на снетка лапша-рыба с бесцветным, совершенно прозрачным телом: через тонкую кожицу просвечивают внутренности. Около морского берега, где так часто вода пенится, стада этой рыбки незаметны. Чайкам удается полакомиться "лапшой" лишь тогда, когда рыбки выпрыгивают и показываются над водой. Но те же белесоватые прибрежные волны, которые служат рыбкам защитой от птиц, нередко губят их: на берегах иногда можно видеть целые валы выброшенной морем лапша-рыбы. Есть мнение, что после первого же нереста эта рыбка погибает. Такое явление свойственно некоторым рыбам. Так безжалостна природа! Море выбрасывает и живую, и погибшую естественной смертью "лапшу".

Поскольку лапша-рыба встречается обычно большими стадами, ее следовало бы использовать; частично она и теперь добывается.

Есть и другие рыбы с прозрачным телом, например, глубоководные байкальские голомянки, о которых мы подробнее расскажем ниже.

На далекой восточной оконечности Азии, в озерах Чукотского полуострова, водится черная рыба даллия.

Длина ее до 20 сантиметров. Черная окраска делает рыбу малозаметной. Живет даллия в торфяниковых темноводных речках, озерах и болотах, на зиму зарывается в мокрый мох и траву. Внешне даллия похожа на обыкновенных рыб, но она отличается от них тем, что у нее кости нежные, тонкие, а некоторые и вовсе отсутствуют (нет подглазничных косточек). Зато у этой рыбы сильно развиты грудные плавники. Не помогают ли такие плавники, как лопатки, зарываться рыбе в мягкое дно водоема, чтобы сохраниться в зимнюю стужу?

Ручьевая форель расцвечена черными, синими и красными пятнами различной величины. Если присмотреться, то можно заметить, что форель свое одеяние сменяет: в период нереста она одета в особо цветистое "платье", в другое время – в более скромную одежду.

Маленькая рыбка гольян, которую можно встретить чуть ли не в каждом прохладном ручье и озере, имеет необычайно пеструю окраску: спина зеленоватая, бока желтые с золотым и серебряным отблеском, брюшко красное, желтоватые плавники – с темной оторочкой. Одним словом, гольян ростом мал, но форсу у него много. Видимо, за это его прозвали "скоморохом", и такое название, пожалуй, более справедливо, чем "гольян", так как гольян вовсе не гол, а имеет чешую.

Наиболее ярко раскрашены рыбы морские, особенно тропических вод. Многие из них могут с успехом соперничать с райскими птицами. Посмотрите на таблицу 1. Каких только цветов здесь нет! Червонный, рубиновый, бирюзовый, чернобархатный... Они удивительно гармонично сочетаются друг с другом. Фигурные, словно искусными умельцами отточенные, плавники и тело некоторых рыб украшены геометрически правильными полосками.

В природе среди кораллов и морских лилий эти пестрые рыбки представляют собой сказочную картину. Вот что пишет о тропических рыбах известный швейцарский ученый Келлер в книге "Жизнь моря": "Рыбки коралловых рифов представляют наиболее изящное зрелище. Цвета их не уступают в яркости и блеске окраске тропических бабочек и птиц. Лазоревые, желтовато-зеленые, бархатисто-черные и полосатые рыбки мелькают и вьются целыми толпами. Невольно берешься за сачок, чтобы лоймать их, но... одно мгновение ока – и все они исчезают. Обладая сжатым с боков телом, они с легкостью могут проникнуть в щели и расселины коралловых рифов".

Всем известные щуки и окуни имеют на теле зеленоватые полосы, которые маскируют этих хищников в травянистых зарослях рек и озер и помогают им незаметно приблизиться к добыче. Но и преследуемые рыбы (уклейка, плотва и др.) также имеют покровительственную окраску: белое брюшко делает их почти незаметными, если смотреть снизу, темная спинка не бросается в глаза, если смотреть сверху.

Рыбы, живущие в верхних слоях воды, обладают более серебристой окраской. Глубже 100–500 метров встречаются рыбы красного (морской окунь), розового (липарисы) и темно-коричневого (пинагоры) цветов. На глубинах, превышающих 1000 метров, рыбы имеют преимущественно темную окраску (удильщик). В области океанских глубин, более 1700 метров, цвет рыб черный, синий, фиолетовый.

Окраска рыб в значительной степени зависит от цвета воды и дна.

В прозрачных водах берш, имеющий обычно серую окраску, отличается белизной. На этом фоне темные поперечные полосы выделяются особенно резко. В мелких заболоченных озерах окунь черный, а в речках, текущих из торфяных болот, встречаются окуни синего и желтого цветов.

Волховский сиг, который некогда в большом количестве обитал в Волховской губе и реке Волхове, протекающей через известняки, отличается от всех ладожских сигов светлой чешуей. По ней этого сига легко найти в общем улове сигов Ладоги. Среди сигов северной половины Ладожского озера различают черного сига (по-фински он называется "муста сийка", что в переводе означает черный сиг).

Черная окраска североладожского сига, как и светлая волховского, сохраняется довольно стойко: черный сиг, очутившись в южной Ладоге, не теряет своей окраски. Но со временем, через много поколений, потомки этого сига, оставшиеся жить в южной Ладоге, утратят черную окраску. Следовательно, этот признак может изменяться в зависимости от цвета воды.

После отлива оставшаяся в береговой серой грязи камбала почти совсем незаметна: серый цвет ее спины сливается с цветом ила. Такую защитную окраску камбала приобрела не в тот момент, когда очутилась на грязном берегу, а получила по наследству от своих ближних и дальних предков. Но рыбы способны и очень быстро изменять окраску. Посадите в аквариум с черным дном гольяна или другую рыбу с яркой окраской, и через некоторое время вы увидите, что цвет рыбы поблек.

В окраске рыб много удивительного. Среди рыб, обитающих на глубинах, куда не проникает даже слабый луч солнца, есть ярко раскрашенные.

Бывает и так: в стае рыб с обычной для данного вида окраской попадаются особи белого или черного цвета; в первом случае наблюдается так называемый альбинизм, во втором – меланизм.

*В тексте и под рисунками приводятся наибольшие размеры рыб.