Введение

Реакция избегания, ответ на угрозу или поведение при избегании — это механизм, с помощью которого животные уклоняются от потенциального хищничества. Он состоит из быстрой последовательности движений или их отсутствия, которые приводят животное в положение, позволяющее ему спрятаться, замереть или убежать от предполагаемого хищника. Классическая реакция избегания следует обобщенной концептуальной последовательности: обнаружение угрозы, начало избегания, реализация избегания и завершение или окончание избегания. Обнаружение угрозы сигнализирует животному о потенциальном хищнике или другом опасном стимуле, что провоцирует начало избегания посредством нервных рефлексов или более скоординированных когнитивных процессов. Реализация избегания относится к движению или серии движений, которые скрывают животное от угрозы или позволяют ему убежать. Как только животное успешно избегает хищника или угрозы, реакция избегания прекращается. По завершении поведения или реакции избегания животное может интегрировать этот опыт в свою память, что позволяет ему учиться и адаптировать свою реакцию избегания. Само поведение различается в зависимости от вида, но может включать в себя методы маскировки, замирание или различные формы бегства (прыжки, полет, отступление и т. д.). Кроме того, успех реакции избегания обусловлен не только увеличением скорости, но и другими факторами, включая время реакции и индивидуальный контекст.

Эволюционное значение

Способность выполнять эффективный маневр уклонения напрямую влияет на приспособленность животного, поскольку возможность избежать хищничества повышает шансы животного на выживание. Арджун Наир и др. обнаружили в 2017 году, что не обязательно скорость самой реакции имеет значение, а скорее большее расстояние между целью и хищником в момент ее осуществления. Кроме того, реакция уклонения особи напрямую связана с уровнем угрозы, исходящей от хищника. Хищники, представляющие наибольший риск для популяции, вызывают наиболее сильную реакцию уклонения. Следовательно, это может быть адаптивный признак, отобранный естественным отбором. Лоу и Блейк утверждали в 1996 году, что многие морфологические характеристики могут способствовать эффективному маневру уклонения особи, однако несомненно, что эволюция сформировала эту реакцию. В своем исследовании они сравнили более современных колюшек с их предковой формой – колюшкой озера Пакстон, и обнаружили, что эффективность предковой формы была значительно ниже. Таким образом, можно заключить, что эта реакция была отточена эволюцией.

Нейробиология

Как инициируются ответы на избегание опасности на неврологическом уровне и как координируются движения, зависит от вида. Само поведение сильно различается, поэтому, подобным образом, нейробиология этих ответов может существенно варьироваться между видами. "Простые" ответы на избегание опасности обычно представляют собой рефлекторные движения, которые быстро удаляют животное от потенциальной угрозы. Сложные ответы на избегание опасности часто требуют сочетания когнитивных процессов. Это может быть обусловлено сложной средой, из которой трудно сбежать, или наличием у животного нескольких возможных способов избежания опасности. Сначала животное должно распознать угрозу хищничества, но после первоначального распознавания ему, возможно, потребуется быстро определить оптимальный путь к спасению, основываясь на предыдущем опыте. Это подразумевает быструю интеграцию поступающей информации с имеющимися знаниями и последующую координацию необходимых двигательных действий. Сложные ответы на избегание опасности, как правило, требуют более развитой нейронной сети.

Привыкание

Серия первоначально угрожающих взаимодействий, которые не приводят к каким-либо реальным негативным последствиям для животного, может способствовать развитию привыкания. Иными словами, животное учится различать врожденно угрожающие ситуации и может решить не осуществлять свою реакцию избегания. Это крайне вариативное явление, в котором сам стимул очень специфичен, а опыт сильно зависит от контекста. Это указывает на то, что не существует единого механизма, посредством которого вид развивает привыкание к стимулу; вместо этого привыкание может возникать в результате интеграции опыта. Caenorhabditis elegans, обычно идентифицируемые как нематоды, используются в качестве модельного вида для изучения их характерной "реакции отступления при касании". Прикосновение служит вызывающим страх механическим стимулом, от которого черви C. elegans отстраняются. Если стимул прикосновения продолжается без какого-либо прямого воздействия на червей, они постепенно перестают реагировать на него. Эта реакция модулируется серией механосенсорных нейронов (AVM, ALM, PVD и PLM), которые образуют синапсы с интернейронами (AVD, AVA, AVB и PVC), передавая сигнал двигательным нейронам, вызывающим движения вперед и назад. Привыкание к прикосновениям снижает активность начальных механосенсорных нейронов, что проявляется в уменьшении активности кальциевых каналов и высвобождения нейротрансмиттеров. Например, рыбы-зебры, привыкшие к хищникам, проявляют большую задержку перед бегством, чем те, которые не привыкли к хищникам. Однако привыкание не влияет на угол, под которым рыба убегает от хищника. Животное подчиняется и не реагирует, даже если стимулы ранее вызывали инстинктивные реакции или если животному предоставляется возможность убежать. В таких ситуациях реакции избегания не используются, поскольку животное почти забыло свои врожденные системы реагирования. Беспомощность приобретается посредством привыкания, поскольку мозг запрограммирован верить в отсутствие контроля. По сути, животные действуют, исходя из предположения, что обладают свободой воли для борьбы, бегства или замирания, а также для проявления другого поведения. Когда реакции избегания терпят неудачу, они развивают беспомощность. Распространенным теоретическим примером выученной беспомощности является слон, обученный людьми, которые заставляют слона поверить, что он не может избежать наказания. В молодости его приковывали цепью с колышком, чтобы он не мог убежать. По мере роста слон приобретал бы способность легко сломать крошечный колышек. Развитие выученной беспомощности удерживает слона от этого, заставляя его верить, что он в ловушке и усилия бесполезны. В более естественной среде выученная беспомощность чаще всего проявляется у животных, живущих в группах. Если еды не хватает, и один индивид постоянно оказывается подавленным, когда дело доходит до получения пищи, он вскоре поверит, что, что бы он ни делал, получить еду невозможно. Ему придется искать пищу самостоятельно или смириться с тем, что он не будет есть.

Ответ на пугающий сигнал

Реакция испуга — это бессознательная реакция на внезапные или угрожающие стимулы. В дикой природе типичными примерами являются резкие звуки или быстрые движения. Поскольку эти стимулы настолько интенсивны, они связаны с негативным воздействием. Этот рефлекс вызывает изменение позы тела, эмоционального состояния или когнитивный сдвиг для подготовки к выполнению определенной двигательной задачи. Типичный пример — кошки: когда их пугают, их мышцы, поднимающие шерсть (arrector pili), сокращаются, заставляя шерсть вставать дыбом и увеличивая их кажущийся размер. Другой пример — частое моргание из-за сокращения круговой мышцы глаза (orbicularis oculi), когда объект быстро приближается к животному; это часто наблюдается у людей. Обыкновенный серый тюлень (Halichoerus grypus) реагирует на акустические стимулы испуга, убегая от шума. Акустический рефлекс испуга активируется только при уровне шума выше восьмидесяти децибел, что вызывает стресс и тревогу, побуждающие к бегству.

Зона полета

Зона полёта, расстояние инициации полёта и расстояние ухода – взаимозаменяемые термины, обозначающие расстояние, необходимое для того, чтобы животное оставалось ниже порога, вызывающего реакцию испуга. Зона полёта может быть ситуативной, поскольку угроза может различаться по размеру (как индивидуально, так и по численности группы). В целом, это расстояние является мерой готовности животного к риску. Это отличает зону полёта от предпочитаемой личной дистанции животного и социальной дистанции (на каком расстоянии другие виды готовы находиться). Подходящей аналогией может служить реактивная собака. Когда зона полёта велика, собака сохраняет настороженную позу, но реакция испуга не возникает. По мере приближения угрожающего стимула и уменьшения зоны полёта собака проявляет поведение, которое переходит в реакцию испуга или избегания. Существует большой интерес к тому, как эти структуры влияют и влияют на поведение наземных и водных птиц. В исследовании, проведённом Майклом А. Уэстоном и др. в 2020 году, изучалось, как изменяется инициация полёта в зависимости от расстояния дрона до птиц. Было обнаружено, что по мере приближения дрона склонность птиц к полёту для избежания его резко возрастает. На это положительно влияла высота, на которой птицы подвергались воздействию дрона. Как правило, при столкновении с опасным стимулом рыба сокращает свою осевую мускулатуру, вызывая С-образное сокращение в сторону от стимула. Эта реакция происходит в два отдельных этапа: сокращение мышц, позволяющее рыбе быстро удаляться от стимула (этап 1), и последовательное контрлатеральное движение (этап 2). Большинство рыб реагируют на внешние стимулы (изменения давления) в течение 5–15 миллисекунд, в то время как у некоторых реакция может быть медленнее и занимать до 80 миллисекунд. Хотя реакция ухода обычно отбрасывает рыбу лишь на небольшое расстояние, этого достаточно, чтобы предотвратить нападение хищника. Хотя многие хищники используют давление воды для поимки добычи, это небольшое расстояние не позволяет им питаться рыбой посредством всасывания. В частности, в случае рыб было высказано предположение, что различия в реакции ухода обусловлены эволюцией нейронных цепей с течением времени. Это можно увидеть, наблюдая за разницей в степени поведения на этапе 1 и выраженной мышечной активности на этапе 2 С-образной или быстрой реакции начала движения. Личинки данио рерио (Danio rerio) обнаруживают хищников, используя свою боковую линию. В результате они могут уделять больше внимания антихищническому поведению.

У насекомых

Когда домашние мухи (Musca domestica) сталкиваются с неблагоприятным стимулом, они совершают быстрый прыжок и улетают от него. Недавние исследования показывают, что реакция избегания у Musca domestica контролируется парой сложных глаз, а не оцеллями. Когда один из сложных глаз был закрыт, минимальный порог, необходимый для вызова реакции избегания, повышался. Иными словами, реакция избегания у Musca domestica вызывается комбинацией движения и света. Тараканы также хорошо известны своей реакцией избегания. Когда они ощущают порыв ветра, они поворачиваются и убегают в противоположном направлении. Сенсорные нейроны в парных задних церках (единственное число: церк) на заднем конце тела посылают сигнал по вентральному нервному стволу. Затем вызывается один из двух ответов: бег (через вентральные гигантские интернейроны) или полет/бег (через дорсальные гигантские интернейроны).

У млекопитающих

У млекопитающих может проявляться широкий спектр реакций избегания опасности. К наиболее распространенным реакциям относятся рефлексы отдергивания, бегство и, в некоторых случаях, когда прямой побег затруднен, замирание. Млекопитающие более высокого порядка часто демонстрируют рефлексы отдергивания. Воздействие опасности или болевого стимула (в петлях, опосредованных ноцицепторами) инициирует спинальный рефлекторный контур. Сенсорные рецепторы передают сигнал в спинной мозг, где он быстро интегрируется интернейронами, после чего эфферентный сигнал направляется по двигательным нейронам. Двигательные нейроны сокращают мышцы, необходимые для отведения тела или его части от стимула. У некоторых млекопитающих, таких как белки и другие грызуны, в среднем мозге присутствуют защитные нейронные сети, позволяющие быстро адаптировать стратегию защиты. Если эти животные оказываются в зоне без укрытия, они могут быстро переключиться со стратегии бегства на стратегию замирания. Замирание позволяет животному избежать обнаружения хищником. Было установлено, что угол, расстояние и скорость побега оленя связаны с расстоянием между оленем и его хищником – мужчиной в данном эксперименте. Выброс чернил и реактивное ускорение при побеге, пожалуй, наиболее заметные реакции, при которых животное выпускает струю чернил в хищника, одновременно ускоряясь. Эти сгустки чернил могут различаться по размеру и форме: более крупные сгустки могут отвлечь хищника, а более мелкие – создать завесу, под которой кальмар может скрыться. Наконец, выделяемые чернила также содержат гормоны, такие как L-допа и дофамин, которые могут предупреждать сородичей об опасности, одновременно блокируя обонятельные рецепторы у хищника. Однако, похоже, что большинство каракатиц используют реакцию замирания, чтобы избежать хищничества. Когда каракатица замирает, она минимизирует напряжение своего биоэлектрического поля, делая себя менее уязвимой для хищников, в основном акул.