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.
The lateral line, also called the lateral line organ (LLO), is a system of sensory organs found in fish, used to detect movement, vibration, and pressure gradients in the surrounding water. The sensory ability is achieved via modified epithelial cells, known as hair cells, which respond to displacement caused by motion and transduce these signals into electrical impulses via excitatory synapses. Lateral lines play an important role in schooling behavior, predation, and orientation. Early in the evolution of fish, some of the sensory organs of the lateral line were modified to function as the electroreceptors called ampullae of Lorenzini. The lateral line system is ancient and basal to the vertebrate clade, as it is found in fishes that diverged over 400 million years ago.
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.