Stomiidae — семейство глубоководных лучепёрых рыб , в том числе усатых рыб-драконов . Они довольно маленькие, обычно около 15 см, до 26 см. Эти рыбы являются высшими хищниками и имеют огромные челюсти, наполненные клыкообразными зубами. [1] Они также способны шарнирно соединять нейрокраниум и верхнюю челюстную систему, что приводит к раскрытию челюсти более чем на 100 градусов. [1] Эта способность позволяет им поедать чрезвычайно крупную добычу, часто на 50% превышающую их стандартную длину. [1]
Семейство Stomiidae можно встретить во всех океанах. Они также существуют в широком диапазоне глубин от поверхности до тысяч метров в батипелагической зоне, [2] в зависимости от идеальных условий питания и размножения в воде. Есть также некоторые свидетельства того, что некоторые виды семейства Stomiidae демонстрируют миграционное поведение. Профили температуры, солености, кислорода и флуоресценции территории могут влиять на изменение предпочтительной среды обитания некоторых видов (например, рыбы-гадюки Слоана Chauliodus sloani ) со дня на ночь с помощью DVM. [3]
Брайан Коад, ихтиолог из Канадского музея природы, однажды заметил, что «в Канаде зарегистрировано 64 [вида рыб-драконов], 5 из которых достигают Арктики». Эти виды чаще всего встречаются в мезопелагических и батипелагических регионах на глубине. В Арктике большинство образцов этих видов было поймано в проливе Дэвиса, средняя температура в этих водах составляет около 3–4 °C [ 4] . ср. richardsoni; Borostomia antarcticus; Chauliodus sloani; Malacosteus niger; Rhadinesthes decimus; Stomias boa. [4]
Виды антарктической рыбы-стрекозы обитают в Южном океане. В Антарктике обитает 16 видов, все они относятся к подотряду Notothenioidei. [2] Двумя видами в этом регионе, которые в настоящее время вызывают интерес к дальнейшему научному изучению, являются родственные виды Acanthodraco dewitti и Psilodraco brviceps . [2]
Это один из многих видов глубоководных рыб, которые могут производить собственный свет посредством химического процесса, известного как биолюминесценция . [5] Этот свет помогает производить специальный орган, известный как фотофор . У глубоководных рыб-драконов большие головы и рты, оснащенные множеством острых клыкообразных зубов. У них есть длинная струнообразная структура, известная как усик, со светоизлучающим фотофором на конце, прикрепленным к подбородку. У них также есть фотофоры, прикрепленные по бокам тела. Особый вид Stomiidae, Chauliodus, не может светиться без адреналина более 30 минут. Однако в присутствии адреналина он может излучать свет в течение многих часов. [6] Они излучают сине-зеленый свет, длина волны которого может распространяться дальше всего в океане. Глубоководная рыба-дракон машет своим усиком вперед и назад и включается и гаснет мигающими огнями, чтобы привлечь добычу и потенциальных партнеров. Многие виды, на которых они охотятся, также сами производят свет, поэтому в ходе эволюции у них появились черные стенки желудка, чтобы скрывать свет во время переваривания еды и оставаться скрытыми от хищников. [ нужна цитата ]
Челюсти представителей семейства Stomiidae чрезвычайно хорошо приспособлены для выживания и охоты в глубоком море. Несмотря на небольшой размер, челюсти рыбы-дракона приспособлены для захвата крупной добычи, масса которой составляет до 50% ее массы тела. [7] Длинная «свободная челюсть» рыбы-дракона демонстрирует повышенную силу сопротивления приведению нижней челюсти по сравнению с рыбами с более короткими челюстями; однако из-за уменьшенной площади поверхности нижней челюсти рыба-дракон способна снизить механическое преимущество приведения и увеличить скорость приведения за счет уменьшения сил сопротивления. Кроме того, видно, что приводящая масса нижней челюсти глубоководной рыбы-дракона значительно уменьшена, что позволяет повысить способность достигать высокой скорости приведения. [8] Это делает глубоководную рыбу-дракона значительно более конкурентоспособной при охоте за добычей благодаря ее способности быстро и эффективно ловить крупную добычу.
Важным различием в морфологии челюстей взрослой рыбы-дракона и ее личинок является форма рта. У взрослых рыб вытянутое рыловидное лицо с выступающей челюстью, а у личинок рот более округлой формы и невыступающая нижняя челюсть. [9]
Кроме того, у представителей этого семейства есть уникальный головной сустав, который позволяет им так широко открывать «свободную челюсть». Глубоководные рыбы-драконы имеют гибкое соединение между основанием черепа и первыми позвонками, называемое затылочно-позвоночным зазором, где присутствует только гибкая хорда. У некоторых таксонов с первого по десятый передние позвонки редуцированы или вовсе отсутствуют. [10] [11] [12] Этот разрыв является результатом удлинения хорды в этой конкретной области. [11] Функционально зазор позволяет глубоководным стрекозам оттягивать череп назад и открывать рот на 120°, что значительно дальше, чем у других таксонов, у которых такой головной сустав отсутствует. [10] Именно это позволяет глубоководной рыбе-дракону поглощать такую крупную добычу, что приводит к улучшению выживаемости за счет способности потреблять больше организмов в условиях чрезвычайно ограниченной пищи.
Помимо чрезвычайно хорошо приспособленной челюсти, представители семейства Stomiidae также имеют зубы, приспособленные для охоты в глубоком море. Их зубы острые, твердые, жесткие и прозрачные во влажном состоянии, [7] [13] что делает их опасным оружием, поскольку эти зубы становятся практически невидимыми при свете в отсутствие глубокого моря. Это означает, что показатель преломления их зубов почти идентичен показателю преломления морской воды, в которой они обитают. [7] Прозрачность обусловлена наноразмерной структурой гидроксиапатита и коллагена, в то время как кончики прозрачных зубов глубоководных рыб-драконов излучают больше красного света в морской воде [13] , что еще больше способствует их прозрачности, поскольку красный свет почти невидим на глубинах, где обитают глубоководные рыбы-драконы, из-за недостаточного проникновения света.
Глубоководные рыбы-драконы относятся к семейству стомиид, состоящему из 28 родов и 290 видов. Рыбы-драконы обладают уникальными приспособлениями, помогающими им выжить в самых глубоких частях океана. Было обнаружено, что этот вид семейства использует определенную длинноволновую и коротковолновую биолюминесценцию для общения, заманивания добычи, отвлечения хищников и маскировки. [14] Семейство стомиид имеет множество уникальных адаптаций своих органов чувств к глубоководным условиям. Большинство глубоководных организмов имеют только один зрительный пигмент, чувствительный к диапазону поглощения 470–490 нм. [15] Этот тип оптической системы обычно встречается в семействе стомиид. Однако три рода рыб-драконов развили способность производить как длинноволновую, так и коротковолновую биолюминесценцию. [16] Кроме того, у глубоководных рыб-драконов развилась сетчатка с фотофорами и родопсинами, излучающими дальний красный цвет. [14] Эти свойства излучения в дальнем красном диапазоне вызывают длинноволновую биолюминесценцию длиной более 650 нм. Эта уникальная эволюционная черта была впервые обнаружена около 15,4 млн лет назад и имела единственное эволюционное происхождение внутри семейства стомиид. [14]
У самок рыбы-стрекозы наблюдаются две отдельные группы ооцитов: одна имеет бело-кремовый цвет на первой стадии роста, а другая - оранжево-красноватая на этапе вителлогенеза. Оранжево-красноватые завязи высвобождаются в текущем нерестовом сезоне, тогда как другая партия находится на стадии роста. [17] Стомииды являются гонохористами, что позволяет им повышать свою репродуктивную способность, используя свою энергию для производства гамет вместо реконфигурации репродуктивной системы. Взрослые самки стомиид также крупнее самцов. [18]
Рыба-дракон — это тип костистых рыб, обитающих в глубоководных водах и использующих биолюминесценцию для обнаружения добычи и общения с потенциальными партнерами. Они обладают фотофорами и родопсинами, излучающими дальний красный цвет, которые чувствительны к длинноволновому излучению более 650 нм и адаптировались к уникальным световым условиям глубоководной среды. [14]
Откладке яиц, которая происходит преимущественно в октябре, предшествует характерное кружение, вызванное тем, что самец тыкает самку в бок живота. [9] Кроме того, рыбы-драконы обладают уникальной способностью видеть с помощью хлорофилла в глазах, что может позволить им обнаруживать слабую биолюминесценцию своей добычи и более эффективно ориентироваться в темной среде обитания. Это исследование проливает свет на репродуктивное поведение и ранние стадии жизни голой рыбы-дракона и способствует нашему пониманию экологии и поведения видов рыб-драконов.
Рыбы-драконы также проявляют родительскую заботу, охраняя свое гнездо, оставаясь в непосредственной близости и опираясь на брюшные плавники. Такое охранное поведение было зарегистрировано у всех основных клад антарктических нототеноидов, за исключением Artedidraconidae. [19]
Одно исследование сосредоточено на семействе стомиид, в которое входят рыхлые челюсти и рыбы-драконы, анализируя генетический состав зрительных пигментов этих рыб и то, как они адаптировались к уникальным световым условиям глубоководной среды. Исследование помогает нам понять, как эволюционировали поведение и зрение рыб-драконов, что позволило им процветать в глубоком море. Рыбы-драконы используют фотофоры и родопсины, излучающие дальний красный цвет, чтобы обнаруживать добычу и ориентироваться в своей среде обитания. [14] Кроме того, рыбы-драконы используют хлорофилл в глазах, чтобы обнаружить слабую биолюминесценцию своей добычи, что является необычной адаптацией для позвоночных. [20]
Костистые рыбы демонстрируют широкий спектр визуальных сигналов, включая цвет, текстуру, форму и движение, которые используются для поиска партнеров, установления доминирования, защиты территории и координации группового поведения. У рыб-драконов есть специальные биолюминесцентные органы, которые излучают красный свет для общения с потенциальными партнерами и добычей. [21] Понимание визуальной коммуникации и поведения костистых рыб имеет важное значение для понимания поведения рыб-драконов в их естественной среде обитания.
Рыбы-драконы семейства Stomiidae во многом характеризуются биолюминесцентными усами, которые действуют как приманки для добычи и представляют собой видоспецифическую структуру. [22] Эти усики отходят вперед от нижней челюсти, и их биолюминесценция привлекает добычу, включая рыб-фонарей и щетинистых ротов . [5] Предполагается, что специфичность структуры биолюминесцентного усача для определенных видов позволяет выгодно распознавать одновидовые виды, что способствует генетической изоляции, а также позволяет ученым легче идентифицировать отдельные виды из-за анатомических различий усачей. [23] Разнообразие видов Stomiidae является исключительным для их кладового возраста во многом благодаря видоспецифичным усикам. [23] Кроме того, половой диморфизм биолюминесценции у рыб-драконов способствует еще большему разнообразию внутри вида, но большее количество неполовозрелых экземпляров в исследовательских коллекциях затрудняет изучение полового диморфизма. [22]
Помимо биолюминесцентного усача, представители семейства Stomiidae имеют в заглазничной области фотофор, излучающий синий свет. [24] Некоторые рыбы-драконы, такие как Malacosteus niger, также имеют уникальный фотофор, излучающий красный свет, в суборбитальной области. [24] Считается, что механизм красной биолюминесценции, создаваемой суборбитальным фотофором, обусловлен передачей энергии и химически подобен синей биолюминесценции усача. [24] Хотя суборбитальные фотофоры, излучающие красную биолюминесценцию, особенно полезны для поиска добычи, поскольку многие глубоководные организмы могут видеть только синий свет, похоже, что это излучение красного света рыбой-драконом не связано напрямую с выбором добычи, а Таким образом, предполагается, что его можно использовать для внутривидовой коммуникации. [24] Это поднимает интересный вопрос о том, в какой степени красная биолюминесценция определяет выбор добычи рыбы-дракона.
Виды семейства Stomiidae используют синюю биолюминесценцию для общения, маскировки и в качестве механизма приманки. [25] Они излучают коротковолновую синюю биолюминесценцию заглазничных фотофоров и длинного тонкого придатка на подбородке, называемого усиком. [26] Стержень усика состоит из цилиндрических мышц, кровеносных сосудов и нервных волокон, а луковица усача имеет один фотофор. [27] Катехоламин адреналин содержится в соединительной ткани стебля. [28] Одна из гипотез относительно контроля над усачом заключается в том, что адреналиновая иннервация может контролировать как движение усача, так и выработку биолюминесценции. Данные исследования, проведенного на экземплярах вида Stomias boa , согласуются с этой гипотезой, поскольку усики рыбы-дракона производят световое излучение после воздействия внешнего адреналина. [28]
Рыбы-драконы с рыхлой челюстью, к которым относятся виды Aristostomias , Malacosteus и Pachystomias , обладают способностью обнаруживать и производить красную биолюминесценцию. [25] Это стало возможным благодаря фотофорам, излучающим дальний красный свет, расположенным под глазом, и родопсинам, которые чувствительны к длинноволновому излучению. [26] Эта красная биолюминесценция используется для освещения добычи и обнаружения других дальнекрасных рыб-драконов, поскольку она остается незамеченной большинством других видов. [26] Виды с фотофорами, излучающими дальний красный свет, отличаются по морфологии и поведению от большинства других видов рыб-драконов. Например, усики этих видов имеют более простое строение, чем у других рыб-драконов. [25] Они также различаются стратегиями добывания пищи. Хотя большинство рыб-драконов, производящих коротковолновую синюю биолюминесценцию, подвергаются регулярным дневным вертикальным миграциям, у рыб с дальним красным излучением этого не наблюдается. Стратегия поиска пищи, которую они применяют, предполагает пребывание в глубоком море и испускание биолюминесценции дальнего красного цвета для освещения небольшой территории и поиска добычи. [25] Хотя Malacosteus, Pachystomias и Aristostomias имеют суборбитальные фотофоры, которые производят красную биолюминесценцию, между этими тремя родами существуют различия в суборбитальных фотофорах по их форме, цвету, продолжительности вспышки и максимальному излучению. [27]