Коммуникация происходит, когда животное производит сигнал и использует его для влияния на поведение другого животного. [1] [2] Сигналом может быть любая поведенческая, структурная или физиологическая черта, которая развилась специально для передачи информации об отправителе и/или внешней среде и для стимуляции сенсорной системы получателя для изменения его поведения. [1] [2] [3] Сигнал отличается от сигнала тем, что сигналы являются информационными чертами, которые не были выбраны для целей коммуникации. [3] Например, если встревоженная птица подает предупреждающий сигнал хищнику и заставляет хищника отказаться от охоты, птица использует звук как сигнал, чтобы сообщить хищнику о своей осведомленности. С другой стороны, если крыса ищет корм в листьях и издает звук, который привлекает хищника, сам звук является сигналом, и взаимодействие не считается попыткой коммуникации.
Воздух и вода имеют разные физические свойства, что приводит к разной скорости и четкости процесса передачи сигнала во время общения. [4] Это означает, что общее понимание механизмов и структур общения наземных животных не может быть применено к водным животным. Например, лошадь может обнюхивать воздух, чтобы обнаружить феромоны, но рыбе, которая окружена водой, понадобится другой метод для обнаружения химических веществ.
Водные животные могут общаться посредством различных сигнальных модальностей , включая визуальные, слуховые, тактильные, химические и электрические сигналы. Общение с использованием любой из этих форм требует специализированных органов, создающих и обнаруживающих сигналы. Таким образом, структура, распределение и механизм этих сенсорных систем различаются среди разных классов и видов водных животных, и они также сильно отличаются от таковых у наземных животных.
Основные функции коммуникации у водных животных аналогичны функциям наземных животных . В целом, коммуникация может использоваться для облегчения социального распознавания и агрегации, для обнаружения, привлечения и оценки партнеров по спариванию и для участия в территориальных или брачных спорах. Различные виды водных животных иногда могут общаться. Межвидовая коммуникация наиболее распространена между добычей и хищником или между животными, находящимися в мутуалистических симбиотических отношениях.
Акустическая коммуникация — это использование звука в качестве сигнала. Акустическая коммуникация широко распространена как у водных, так и у полуводных беспозвоночных и позвоночных, [5] причем многие виды способны использовать как инфразвук, так и ультразвук для общения. Поскольку звук распространяется быстрее и на большее расстояние в воде, чем в воздухе, водные животные могут использовать звуковые сигналы для общения на большом расстоянии, в то время как наземные животные не могут. [4] Например, синий кит может общаться с другим синим китом с помощью звука на расстоянии в тысячи миль через море. [6]
В то время как наземные животные часто имеют единый метод создания и обнаружения звуков, водные животные имеют ряд механизмов для создания и обнаружения как вокальных, так и неголосовых звуков. [7] С точки зрения звукопроизводства рыбы могут производить такие звуки, как свист лодки, хрюканье и карканье, используя свой плавательный пузырь или грудной плавник. Амфибии, такие как лягушки и жабы, могут издавать звуки, используя вибрирующие ткани в потоке воздуха. Например, лягушки используют голосовые мешки и систему рециркуляции воздуха для создания звука, в то время как лягушки-пипиды используют гортанные мышцы для создания имплозии воздуха и создания щелкающего звука. [7] Водные млекопитающие, такие как тюлени и выдры, могут производить звуки, используя гортань. Скрипачи и крабы-призраки могут производить неголосовые шумы, ударяя, барабаня или постукивая по субстрату, находясь на берегу, [8] в то время как водные беспозвоночные, такие как креветки-чистильщики, часто производят звуки, хлопая своими клешнями. [9] Маленькая рыбка Danionella cerebrum издает самый громкий звук среди всех рыб своего размера, используя мышцы для натяжения хряща; он высвобождается, чтобы ударить по плавательному пузырю . [10]
Водные животные используют механорецепторы для обнаружения акустических сигналов. Помимо водных млекопитающих, имеющих внешние уши, другие водные позвоночные имеют ушные отверстия, содержащие механорецепторы. [7] Водные беспозвоночные, такие как омары, крабы и креветки, имеют внешние сенсорные волоски и внутренние статоцисты в качестве органов обнаружения звука. [11] [12]
Акустические сигналы используются для:
Водные животные используют визуальные сигналы, такие как движение, позы, окраска, узоры и размер. Изменение этих визуальных признаков также может считаться сигналом. Прибрежные или океанические виды с большей вероятностью используют визуальные сигналы, чем виды, населяющие речную или мутную среду, из-за плохой светопропускаемости в мутных областях или в областях с увеличивающейся глубиной и высокой сложностью среды обитания. [15] [14]
Предполагается, что некоторые рыбы и головоногие моллюски могут активно производить и регулировать поляризованные световые узоры для целей коммуникации, используя светоотражающие структуры на своих телах. [16] [17] Например, у кальмара-лолигинида есть полоса иридофоров вдоль дорсолатеральной стороны, обычно известная как «красная» полоса, которая отражает поляризованный свет под косыми углами. Степень и узор поляризации у кальмара-лолигинида можно контролировать с помощью физиологических процессов. [16]
Визуальные сигналы обнаруживаются у животных фоторецепторами . Некоторые полуводные млекопитающие имеют приспособления для зрения (большие глаза, тапетум), которые позволяют им видеть и потенциально общаться с помощью визуальных сигналов даже в условиях низкой освещенности. [14] У некоторых рыб, раков-богомолов и кальмаров глаза имеют особую структуру/ориентацию фоторецепторов, которая, как полагают, дает им возможность обнаруживать поляризованный свет. [16] [17]
В отличие от воздуха, конкретная спектральная полоса пропускания света и интенсивность изменяются в зависимости от водной среды обитания. Спектральная чувствительность ретинальных фоторецепторов животных, по-видимому, зависит от цвета воды, в которой они живут, и иногда может меняться, когда они перемещаются в другое место, чтобы максимизировать остроту зрения.
Визуальные сигналы используются для:
Многие водные виды могут общаться с помощью химических молекул, известных как феромоны . [20]
Производство и секреция феромонов часто контролируются специализированными железами или органами. [21] Водные животные могут вырабатывать как водорастворимые, так и нерастворимые в воде феромоны, хотя в основном они вырабатывают растворимые сигналы для облегчения рассеивания в водной среде. [22] Водорастворимые химические вещества часто рассеиваются в окружающей жидкости, в то время как нерастворимые в воде химические вещества экспрессируются на поверхности тела животного.
Ракообразные могут выделять мочу, содержащую химические сигналы, спереди через пару нефронных пор [23], а также могут откладывать феромоны на поверхности своего тела, которые вырабатываются их тегментальными железами. [21] Рыбы выделяют феромоны через мочу, используя свои выделительные поры и жабры. [21] Амфибии, такие как лягушки и жабы, вырабатывают водорастворимые феромоны, используя свои репродуктивные железы. [24] Млекопитающие, такие как дельфины, выделяют водорастворимые феромоны в своих выделениях, в то время как у ластоногих есть пахучие железы вокруг вибрисс и задних конечностей, которые, как полагают, вырабатывают феромоны. [14]
Химические сигналы обнаруживаются с помощью механорецепторов. У ракообразных хеморецепторы находятся на антеннулах. Они могут улавливать химические сигналы вокруг себя, двигая антеннами и создавая водные потоки, которые притягивают к себе химические вещества из окружающей среды. [21] У рыб механорецепторы выстланы в носовой полости. Предполагается, что многоресничные клетки вокруг края их носовых полостей создают поток воды для повышения химического обнаружения. [25]
Большинство полуводных амфибий, рептилий и млекопитающих имеют нос и язык. На суше морские выдры и ластоногие часто выполняют «обнюхивание» в выступающих пахучих железах, что указывает на некоторый уровень обнаружения химических сигналов. Ранее считалось, что они не осуществляют химическую коммуникацию под водой, поскольку большинство этих животных закрывают носовое отверстие под водой, а полуводные млекопитающие, как известно, имеют редуцированные обонятельные нервы, луковицы и тракты. [21] Однако было обнаружено, что полуводный звездонос и водяная землеройка могут обнаруживать химические вещества под водой, выдыхая пузырьки воздуха на предметы или следы запаха и повторно вдыхая пузырьки, которые теперь несут химические сигналы обратно через нос. [26]
Химические сигналы используются для:
Поскольку вода является гораздо лучшим проводником электричества, чем воздух, электрокоммуникация наблюдается только у водных животных. Существуют различные животные, которые могут обнаруживать электрические сигналы, но рыбы являются единственными водными животными, которые могут как отправлять, так и получать EOD, что делает их единственными животными, которые эффективно общаются с помощью электрических сигналов. Слабоэлектрические рыбы могут использовать специализированные электрические органы для генерации постоянного электрического разряда, также известного как разряд электрического органа (EOD). [27] Например, у электрических угрей есть три пары брюшных органов, содержащих электролиты, которые могут вырабатывать электричество: главный орган, орган охотника и орган Сакса. EOD может быть видоспецифичным и даже иногда может быть уникальным для каждой особи. [28] Электрические рыбы также могут изменять частоту, количество, продолжительность, периоды молчания, амплитуду и хорды своего EOD. [28] Естественный EOD и сознательные изменения EOD являются социальными сигналами, которые, как было замечено, коррелируют со многими социальными ситуациями.
Электрические рыбы могут обнаруживать электрические сигналы с помощью бугорчатых электрорецепторов, которые чувствительны к высокочастотным стимулам. Электрорецепторы существуют в разных формах и могут быть обнаружены в разных частях тела. Например, у акул есть электрорецепторы, называемые ампулами Лоренцини, в порах на морде и других зонах головы. У электрических угрей есть различные участки бугорчатых рецепторов по всему телу.
Электрические сигналы используются для:
Тактильное общение, также известное как прикосновение, ограничено для очень коротких расстояний, поскольку требует физического контакта. Визуальные проявления в ситуациях очень короткого расстояния часто легко становятся тактильными сигналами. Тактильные сигналы включают обширные прикосновения и потирания во время социального контекста с использованием носа, рострума, ласт, грудных плавников, спинного плавника, хвостовых плавников, брюшка или даже всего тела. Более агрессивные тактильные сигналы включают укусы, грабли, бодания или таран. [14]
Животные обнаруживают прикосновение с помощью соматосенсорной системы , которая реагирует на изменения на поверхности или внутри тела. Механорецепторы соматосенсорной системы можно найти на поверхности кожи большинства водных животных, а также на вибриссах ластоногих или на волосах китов.
Тактильные сигналы используются для:
Мультимодальный сигнал — это сигнал, который включает в себя различные сенсорные модальности. Например, демонстрация спаривания самца лягушки Hylopes japi включает в себя как визуальные сигналы (тряска лапой, демонстрация горла, подергивание пальцами ног), так и акустические сигналы (писк и визг) одновременно. [30] Использование мультимодальной сигнализации наблюдается не только у водных животных, но и у других наземных животных. Считается, что мультимодальная сигнализация повышает эффективность сигнала в шумных или изменчивых средах [31] и дает возможность сигнализировать о нескольких качествах одновременно. [32] Исходя из теории игр, ограничений на функции стоимости, возможных ошибок между модальностями и случаев нескольких качеств, сигнализаторы и зрители обеспечивают биологические преимущества, которые благоприятствуют мультимодальной сигнализации. [33]
Межвидовая коммуникация — это общение между представителями разных видов.
Жертвы часто демонстрируют сигналы преследования-отпугивания, чтобы убедить хищника не преследовать и/или не есть их. Сигнал преследования-отпугивания может указывать на токсичность. Например, когда жерлянка подвергается нападению, она принимает защитную позу и демонстрирует хищнику свой яркий живот. Яркий цвет сигнализирует хищнику, что жаба токсична, и, следовательно, удерживает хищника от нападения.
Добыча также может надежно сигнализировать хищнику, что ее трудно поймать или подчинить, и это заставляет хищника воздержаться от нападения или переключить свою атаку на другую особь добычи. Например, гуппи могут демонстрировать визуальный сигнал приближения и осмотра возможного хищника, который сообщает хищнику, что гуппи осведомлены и их будет сложнее поймать. Было показано, что цихлиды (хищники гуппи) с меньшей вероятностью нападут на гуппи, которые демонстрируют осмотрительное поведение. [34]
Хищники нечасто общаются со своими жертвами, но если они это делают, большинство подаваемых ими сигналов являются нечестными .
Взаимные отношения возникают, когда два организма разных видов «работают вместе» и получают выгоду друг от друга. В некоторых случаях коммуникация между двумя организмами обеспечивает основу для этой взаимной выгоды.
Примером этого являются мутуалистические симбиотические отношения между бычком, небольшой донной рыбой, и креветкой-альфеей, или щелкающим креветкой. Бычок обычно сидит у входа в нору, которую роет и поддерживает креветка. Пока креветка работает в норе, бычок будет стоять на страже. Если бычок видит потенциальную опасность, он будет щелкать или бить хвостом по усикам креветки. Этот тактильный сигнал сообщает о наличии возможной опасности для креветки, и креветка отступает в нору, а бычок следует ее примеру. Такое общение приносит пользу как бычку (креветка позволит ему использовать нору в качестве убежища), так и креветке (она может безопасно потратить больше энергии на подготовку и поддержание убежища). [35]