Введение

Боковая линия, также называемая боковым линейным органом (LLO), — это система органов чувств, обнаруженная у рыб и используемая для обнаружения движения, вибраций и градиентов давления в окружающей воде. Эта сенсорная способность достигается благодаря модифицированным эпителиальным клеткам, известным как волосковые клетки, которые реагируют на смещение, вызванное движением, и преобразуют эти сигналы в электрические импульсы посредством возбуждающих синапсов. Боковые линии играют важную роль в стайном поведении, хищничестве и ориентации. На ранних этапах эволюции рыб некоторые органы чувств боковой линии были модифицированы для функционирования в качестве электрорецепторов, называемых ампулами Лоренцини. Система боковой линии является древней и лежит в основе клады позвоночных, поскольку она встречается у рыб, отделившихся более 400 миллионов лет назад.

Функция

Система боковой линии позволяет обнаруживать движение, вибрацию и градиенты давления в воде, окружающей животное. Она играет важную роль в ориентации, хищничестве и стайном поведении рыб, обеспечивая пространственное восприятие и способность ориентироваться в окружающей среде. Анализ показал, что система боковой линии должна быть эффективной пассивной системой обнаружения, способной различать подводные препятствия по их форме. Боковая линия позволяет рыбам ориентироваться и охотиться в воде с плохой видимостью. Система боковой линии позволяет хищным рыбам обнаруживать вибрации, создаваемые их добычей, и ориентироваться на источник, чтобы начать атаку. Слепые хищные рыбы сохраняют способность охотиться, но теряют ее при подавлении функции боковой линии ионами кобальта. Боковая линия играет роль в стайном поведении рыб. Слепые особи *Pollachius virens* способны интегрироваться в стаю, в то время как рыбы с поврежденными боковыми линиями – нет. Вероятно, она развилась для обеспечения возможности поиска пищи в темных пещерах. У мексиканской слепой пещерной рыбы *Astyanax mexicanus* нейромиры в области орбиты глаза крупнее и примерно в два раза чувствительнее, чем у рыб, обитающих на поверхности. Одна из функций стайного поведения может заключаться в создании помех для боковой линии хищников. Отдельная особь добычи создает простую картину скорости частиц, в то время как градиенты давления от множества близко плавающих рыб (стаи) перекрываются, создавая сложную картину. Это затрудняет для хищных рыб идентификацию отдельной добычи с помощью восприятия боковой линией.

Анатомия

Боковые линии обычно видны как слабо выраженные линии пор, идущие вдоль каждой стороны тела рыбы. Внутри каждой связки волоски организованы в подобие грубой "лестницы", от самых коротких к самым длинным.

Трансдукция сигнала

Волосяные клетки стимулируются отклонением их пучков ресничек в направлении самых высоких ресничек или стереоцилий. Отклонение позволяет катионам проникать через механически-зависимый канал, вызывая деполяризацию или гиперполяризацию волосковой клетки. Деполяризация открывает кальциевые каналы Cav1.3 в базалатеральной мембране. Волосяные клетки используют систему трансдукции с кодированием по частоте для передачи направленности стимула. Волосяные клетки генерируют постоянную тоническую частоту возбуждения. По мере передачи механического движения через воду к нейромасту, купула изгибается и смещается в соответствии с силой стимула. Это приводит к изменению ионной проницаемости клетки. Отклонение в сторону самой длинной реснички вызывает деполяризацию волосковой клетки, увеличение высвобождения нейротрансмиттеров в возбуждающем афферентном синапсе и повышение скорости передачи сигнала. Отклонение в сторону более коротких ресничек оказывает противоположный эффект, гиперполяризуя волосковую клетку и вызывая снижение скорости высвобождения нейротрансмиттеров. Эти электрические импульсы затем передаются по афферентным латеральным нейронам в мозг.

Электрофизиология

Механорецепторные волосковые клетки боковой линии интегрированы в более сложные цепи посредством их афферентных и эфферентных связей. Синапсы, непосредственно участвующие в трансдукции механической информации, представляют собой возбуждающие афферентные соединения, использующие глутамат. Различные виды отличаются строением своих нейромастов и афферентных связей, что обеспечивает различные механорецептивные свойства. Например, поверхностные нейромасты рыбы-самочки Porichthys notatus чувствительны к определенным частотам стимуляции. Один тип настроен на сбор информации об ускорении при частотах стимуляции от 30 до 200 Гц. Другой тип получает информацию о скорости и наиболее восприимчив к стимуляции ниже 30 Гц. Сигналы от волосковых клеток передаются по латеральным нейронам в мозг. Область, в которой эти сигналы чаще всего заканчиваются, – это медиальное октаволатеральное ядро (MON), которое, вероятно, осуществляет обработку и интеграцию механорецептивной информации. Глубокое МОН содержит отчетливые слои базилярных и небазилярных клеток гребня, что указывает на вычислительные пути, аналогичные боковой линии электрорецепторов электрических рыб. МОН, вероятно, участвует в интеграции возбуждающих и тормозных параллельных цепей для интерпретации механорецептивной информации.

Эволюция

[[Файл:Электрорецепторы в голове акулы.svg|thumb|Электрорецептивные органы, называемые ампулами Лоренцини (красные точки), изображенные здесь на голове акулы, эволюционировали из механосенсорных органов боковой линии (серые линии) последнего общего предка позвоночных. Здесь система боковой линии обнаруживает скорости и ускорения частиц с частотами ниже 100 Гц. Эти низкие частоты создают большие длины волн, которые вызывают сильные ускорения частиц в непосредственной близости от плавающих рыб, не распространяющиеся в дальнее поле в виде акустических волн из-за акустического короткого замыкания. Слуховая система обнаруживает колебания давления с частотами выше 100 Гц, которые распространяются в дальнее поле в виде волн. Система боковой линии – древняя и является базальной для клады позвоночных; она встречается у групп рыб, отделившихся более 400 миллионов лет назад, включая миног, хрящевых и костных рыб. Наземные четвероногие вторично утратили органы боковой линии, которые неэффективны в условиях отсутствия погружения в воду. Электрорецептивные органы, называемые ампулами Лоренцини, проявляющиеся в виде углублений на коже акул и некоторых других рыб, эволюционировали из органов боковой линии. Пассивная электрорецепция с использованием ампул – это предковый признак позвоночных, то есть он присутствовал у их последнего общего предка.