อ่าน 6 นาที
ขยะ
ในปี ค.ศ. 1938 คาร์ล ฟอน ฟริช นักสัตววิทยาชาวออสเตรียได้รายงานเป็นครั้งแรกเกี่ยวกับการมีอยู่ของสัญญาณเตือนภัยทางเคมีที่เรียกว่า ชเร็คสตอฟฟ์ (สารแห่งความหวาดกลัว) ใน ปลาซิว สัญญาณ...
ขยะ

ในปี ค.ศ. 1938 คาร์ล ฟอน ฟริชนักสัตววิทยาชาวออสเตรียได้รายงานเป็นครั้งแรกเกี่ยวกับการมีอยู่ของสัญญาณเตือนภัยทางเคมีที่เรียกว่าชเร็คสตอฟฟ์ (สารแห่งความหวาดกลัว) ในปลาซิวสัญญาณเตือนภัยคือการตอบสนองที่เกิดขึ้นโดยตัวผู้ส่ง ซึ่งตอบสนองต่ออันตรายที่เตือนสัตว์อื่น ๆ ซึ่งเป็นผู้รับ ถึงอันตราย[ 1 ] สัญญาณเตือนภัยทางเคมีนี้จะถูกปล่อยออกมาก็ต่อเมื่อผู้ส่งได้รับความเสียหายทางกล เช่น เมื่อถูกจับโดยผู้ล่าและถูกตรวจจับโดยระบบการดมกลิ่นเมื่อสัญญาณนี้ไปถึงผู้รับ พวกมันจะรับรู้ถึงความเสี่ยงต่อการถูกล่าที่มากขึ้นและแสดงการตอบสนองต่อต้านผู้ล่า เนื่องจากประชากรปลาที่แสดงลักษณะนี้มีชีวิตรอดได้สำเร็จมากกว่า ลักษณะนี้จึงได้รับการรักษาไว้โดยการคัดเลือกโดยธรรมชาติแม้ว่าวิวัฒนาการของสัญญาณนี้เคยเป็นหัวข้อถกเถียงกันอย่างมาก แต่หลักฐานล่าสุดชี้ให้เห็นว่าชเร็คสตอฟฟ์วิวัฒนาการขึ้นเพื่อป้องกันความเครียดจากสิ่งแวดล้อม เช่นเชื้อโรคปรสิตและรังสี UVB และต่อมาถูกนำมาใช้โดยผู้ล่าและเหยื่อในฐานะสัญญาณทางเคมี
พื้นหลัง
ระบบเตือนภัยทางเคมีได้รับ การระบุในกลุ่มสิ่งมีชีวิตหลายกลุ่ม รวมถึงหอยทาก [ 2 ]สัตว์ทะเลมีหนาม[ 3 ]สัตว์สะเทินน้ำสะเทินบก[ 4 ]และปลาหนึ่งในสัญญาณเตือนภัยทางเคมีที่ได้รับการศึกษาอย่างดีที่สุดคือ ชเร็คสตอฟ ซึ่งมีการใช้กันอย่างแพร่หลายในกลุ่มปลาขนาดใหญ่Ostariophysi (เช่นปลาซิว ปลาคาราซินปลาแคทฟิชเป็นต้น) ประมาณ 64% ของปลาน้ำจืดทั้งหมดและ 27% ของปลาทั้งหมดทั่วโลกพบอยู่ในกลุ่มปลาขนาดใหญ่ Ostariophysan ซึ่งเน้นย้ำถึงการใช้กันอย่างแพร่หลายและความสำคัญของระบบเตือนภัยทางเคมีนี้ในปลา[ 5 ]
Schreckstoff ใน ostariophysans
การผลิตชเร็คสตอฟฟ์ได้รับการพิสูจน์แล้วว่ามีต้นทุนทางเมตาบอลิซึมสูง ดังนั้นจึงเป็นส่วนหนึ่งของกลยุทธ์แบบมีเงื่อนไขที่บุคคลที่มีทรัพยากรเพียงพอเท่านั้นจึงจะสามารถใช้ได้[ 6 ] ส่วนประกอบสำคัญที่คาดว่ามีฤทธิ์ในชเร็คสตอฟฟ์คือไฮโปแซนทีน-3N-ออกไซด์ (H3NO) ซึ่งอาจผลิตขึ้นในเซลล์คลับซึ่งต่อไปนี้จะเรียกว่า "เซลล์สารเตือนภัย" [ 7 ] พบว่าหมู่ฟังก์ชันไนโตรเจนออกไซด์เป็นตัวกระตุ้นทางเคมีหลักของพฤติกรรมต่อต้านผู้ล่าในผู้รับ[ 8 ] ชเร็คสตอฟฟ์เป็นส่วนผสม และชิ้นส่วนของไกลโคซามิโนไกลแคนคอนดรอยตินซัลเฟตสามารถกระตุ้นการตอบสนองต่อความกลัวได้[ 9 ]โพลีแซคคาไรด์ที่เป็นสารตั้งต้นเป็นส่วนประกอบของเมือก และมีการเสนอว่าชิ้นส่วนเหล่านี้ถูกผลิตขึ้นในระหว่างการบาดเจ็บ เช่นเดียวกับชเร็คสตอฟฟ์ที่ได้จากสารสกัดจากผิวหนัง คอนดรอยตินซัลเฟตจะกระตุ้นเซลล์ประสาทรับกลิ่นบางส่วน
การผลิตและการตอบสนองต่อ schreckstoff เปลี่ยนแปลงไปตามช่วงพัฒนาการตัวอย่างเช่นลูกปลาหนามน้ำ จืด ( Culaea inconstans ) มีแนวโน้มที่จะติดกับดักปลาเล็กที่ใช้สารสกัดจากผิวหนังของปลาชนิดเดียวกันเป็นเหยื่อมากกว่าปลาตัวเต็มวัย[ 10 ] ผลลัพธ์นี้แสดงให้เห็นว่าลูกปลาหนามน้ำจืดไม่สามารถเชื่อมโยง schreckstoff กับการมีอยู่ของผู้ล่าได้ง่ายเท่ากับปลาตัวเต็มวัย ยังไม่ชัดเจนว่าการเชื่อมโยงนี้จะแข็งแกร่งขึ้นเมื่อเวลาผ่านไปอันเป็นผลมาจากการเรียนรู้หรือการพัฒนาทางสรีรวิทยาหรือไม่[ 11 ]
นอกจากการเปลี่ยนแปลงตลอดช่วงการเจริญเติบโตแล้ว ระดับการผลิตชเร็คสตอฟฟ์ยังแตกต่างกันไปในแต่ละฤดู ผสมพันธุ์ ปลาหัวโต ตัวผู้ ( Pimephales promelas ) จะหยุดการผลิตชเร็คสตอฟฟ์ในช่วงฤดูผสมพันธุ์ แต่ยังคงแสดงพฤติกรรมต่อต้านผู้ล่าเพื่อตอบสนองต่อชเร็คสตอฟฟ์ในช่วงเวลานี้[ 12 ] การผลิตชเร็คสตอฟฟ์อาจหยุดลงในช่วงเวลานี้เนื่องจากปลาหัวโตตัวผู้มักได้รับความเสียหายทางกลขณะสร้างรัง การผลิตชเร็คสตอฟฟ์ขณะสร้างรังจะเป็นอันตรายต่อตัวผู้ เพราะจะทำให้ตัวเมียถูกขับไล่ออกไปโดยไม่ได้ตั้งใจ ซึ่งจะลดโอกาสในการหาคู่ การหยุดการผลิตชเร็คสตอฟฟ์ในช่วงฤดูผสมพันธุ์ทำให้ตัวผู้หลีกเลี่ยงปัญหานี้ได้ การหยุดการผลิตเซลล์สารเตือนภัยดูเหมือนจะถูกควบคุมโดยแอนโดรเจน[ 13 ]
สมมติฐานเกี่ยวกับการวิวัฒนาการของชเร็คสตอฟฟ์
มีการเสนอ สมมติฐานที่แตกต่างกันหลายประการเกี่ยวกับวิวัฒนาการของชเร็คสตอฟ[ 14 ] สมมติฐานแรกคือวิวัฒนาการของชเร็คสตอฟได้รับแรงผลักดันจากการคัดเลือกญาติการสนับสนุนสมมติฐานนี้จะรวมถึงหลักฐานที่ว่าบุคคลอาศัยอยู่ในกลุ่มญาติที่ใกล้ชิดกัน และการปล่อยสัญญาณเตือนภัยทางเคมีจะเพิ่มโอกาสที่บุคคลที่เกี่ยวข้องจะหลีกเลี่ยงการถูกล่า สมมติฐานที่สอง การดึงดูดผู้ล่า ชี้ให้เห็นว่าการปล่อยชเร็คสตอฟอาจดึงดูดผู้ล่าเพิ่มเติมซึ่งจะเข้ามาแทรกแซงเหตุการณ์การล่า เพิ่มโอกาสที่เหยื่อจะหลบหนีและรอดชีวิตจากการโจมตี สมมติฐานนี้ถือว่าผู้ล่าจะถูกดึงดูดไปยังชเร็คสตอฟและจะแทรกแซงซึ่งกันและกันไม่ว่าจะโดยการแข่งขันเพื่อแย่งเหยื่อที่ถูกจับหรือโดยการล่ากันเอง นอกจากนี้ยังถือว่าแม้ว่าเหยื่อจะได้รับความเสียหายทางกลแล้ว แต่เหยื่อก็ยังสามารถหลบหนีและฟื้นตัวจากการโจมตีได้ การทดสอบและตรวจสอบสมมติฐานเหล่านี้จะให้การสนับสนุนสมมติฐานการดึงดูดผู้ล่า สมมติฐานที่สามเสนอว่า ชเร็คสตอฟฟ์มีหน้าที่สร้างภูมิคุ้มกัน โดยให้การป้องกันต่อเชื้อโรคปรสิตและ/หรือรังสี UVB เพื่อให้สมมติฐานนี้ได้รับการสนับสนุน จำเป็นต้องมีการสังเกตความสัมพันธ์ระหว่างการผลิตสารเตือนภัย จากเซลล์กับการมีอยู่ของเชื้อโรคและปรสิต หลักฐานโดยตรงที่แสดงว่าชเร็คสตอฟฟ์ยับยั้งการเจริญเติบโตของเชื้อโรคและปรสิตในน้ำจะช่วยสนับสนุนสมมติฐานเรื่องภูมิคุ้มกันได้มากขึ้น อีกสมมติฐานหนึ่งคือ ชเร็คสตอฟฟ์เป็นผลผลิตจากการสลายตัวของเมือกและเซลล์คลับที่เกิดจากการบาดเจ็บ การคัดเลือกเพื่อการตอบสนองต่อสัญญาณเตือนภัยส่วนใหญ่เกิดขึ้นในระดับของผู้รับ
สมมติฐานการคัดเลือกญาติ
หนึ่งในสมมติฐานแรกๆ สำหรับวิวัฒนาการของ schreckstoff มุ่งเน้นไปที่ทฤษฎีการคัดเลือกญาติของWD Hamilton [ 15 ] ภายใต้ทฤษฎีการคัดเลือกญาติ ผู้ส่งสัญญาณเตือนทางเคมีจะเต็มใจที่จะแบกรับต้นทุนของการส่งสัญญาณนี้หากผลประโยชน์ต่อบุคคลที่เกี่ยวข้องสูงเพียงพอ ในสถานการณ์ที่ผู้ส่งสัญญาณต้องจ่ายต้นทุนจำนวนมาก (เช่น ปล่อยสัญญาณเตือนทางเคมีเพราะได้รับความเสียหายทางกลที่อาจถึงแก่ชีวิต) ผลประโยชน์ต่อญาติ ที่ใกล้ชิด จะต้องมีมาก ภายใต้กรอบของการคัดเลือกญาติ พฤติกรรมที่ดูเหมือนจะเป็นอันตรายต่อผู้ส่งจะถูกคัดเลือกเพราะเป็นประโยชน์ต่อบุคคลที่มีแนวโน้มที่จะแบ่งปันอัลลีลโดยการสืบเชื้อสายร่วมกันด้วยวิธีนี้ ความถี่ของอัลลีลของผู้ส่งในรุ่นต่อไปจะเพิ่มขึ้นจากการมีอยู่ของอัลลีลเหล่านั้นในญาติที่ประสบความ สำเร็จ
ในการนำทฤษฎีการคัดเลือกโดยญาติมาใช้กับวิวัฒนาการของชเร็คสตอฟฟ์ ต้องมีเงื่อนไขหลายประการ ประการแรก ต้องมีหลักฐานว่าการปล่อยชเร็คสตอฟฟ์จากผู้ส่งนั้นเป็นประโยชน์ต่อผู้รับ ประการที่สอง ต้องแสดงให้เห็นว่าสิ่งมีชีวิตในอันดับ Ostariophysi ส่วนใหญ่มีความสัมพันธ์กับสมาชิกในครอบครัว หากเงื่อนไขข้อใดข้อหนึ่งไม่เป็นไปตามที่คาดหวัง ทฤษฎีการคัดเลือกโดยญาติก็จะไม่ได้รับการสนับสนุน
มีหลักฐานบางส่วนที่สนับสนุนสมมติฐานแรกว่าการปล่อยสารเคมี schreckstoff ทำให้เกิดข้อได้เปรียบที่วัดได้กับผู้รับสัญญาณเคมีนี้ การทดลองในห้องปฏิบัติการ[ 16 ]พบว่าปลาหัวโตที่สัมผัสกับสารเคมี schreckstoff ของสายพันธุ์เดียวกันมีชีวิตรอดนานกว่ากลุ่มควบคุม 39.5% เมื่อถูกนำไปไว้ในตู้ที่มีปลาไพค์เหนือ ( Esox lucius ) ซึ่งเป็นผู้ล่า การค้นพบนี้ชี้ให้เห็นว่าสารเคมี schreckstoff ช่วยเพิ่มความระมัดระวังในผู้รับ ส่งผลให้มีเวลาตอบสนอง ที่เร็วขึ้น หลังจากตรวจพบผู้ล่า
ข้อสันนิษฐานที่สองที่ว่าบุคคลในอันดับ Ostariophysi โดยทั่วไปจะสัมพันธ์กับสมาชิกในครอบครัวที่ใกล้ชิด ดูเหมือนจะไม่ได้รับการสนับสนุนจากหลักฐานเชิงประจักษ์ในฝูงปลาซิวยุโรป ( Phoxinus phoxinus ) ไม่พบความแตกต่างในความสัมพันธ์ภายในและระหว่างฝูง[ 17 ]ซึ่งบ่งชี้ว่าบุคคลไม่ได้สัมพันธ์ใกล้ชิดกับญาติมากกว่าคนที่ไม่ใช่ญาติ องค์ประกอบของฝูงยังไม่ได้รับการตรวจสอบในสมาชิกทั้งหมดของอันดับ Ostariophysan และฝูงที่ประกอบด้วยสมาชิกในครอบครัวทั้งหมดอาจถูกค้นพบในภายหลัง อย่างไรก็ตาม การค้นพบว่าการผลิต schreckstoff ยังคงอยู่ได้ในสายพันธุ์ที่หน้าที่นั้นไม่เกี่ยวข้องกับผลประโยชน์ของญาติอย่างชัดเจน เป็นหลักฐานที่แข็งแกร่งที่คัดค้านการคัดเลือกญาติในฐานะกลไกสำหรับการวิวัฒนาการของ schreckstoff
นอกจากนี้ยังพบว่าปลาหัวโตผลิต เซลล์สารเตือนภัย ที่ผิวหนัง น้อยลง (และดังนั้นจึงผลิตชเร็คสตอฟฟ์น้อยลง) เมื่ออยู่ร่วมกับปลาตัวอื่นในฝูงที่คุ้นเคย[ 18 ] ผลการศึกษาครั้งนี้บ่งชี้ถึงสถานการณ์สองอย่าง ซึ่งทั้งสองอย่างไม่สอดคล้องกับสมมติฐานที่ว่าชเร็คสตอฟฟ์วิวัฒนาการโดยการคัดเลือกญาติ ประการแรก หากชเร็คสตอฟฟ์วิวัฒนาการโดยการคัดเลือกญาติ จะต้องคาดหวังว่าจะมีการผลิตเซลล์สารเตือนภัยที่ผิวหนังมากขึ้นเมื่ออยู่ร่วมกับญาติมากกว่าที่ไม่ใช่ญาติ ซึ่งหมายความว่าปลาหัวโตที่อยู่ในฝูงเดียวกันควรเป็นญาติที่มีความสัมพันธ์ใกล้ชิดกัน และการผลิตชเร็คสตอฟฟ์ควรจะเพิ่มขึ้นเมื่ออยู่ในฝูงกับปลาที่คุ้นเคยกัน การศึกษาครั้งนี้ไม่พบว่าเป็นเช่นนั้น[ 19 ] ประการที่สอง ผลลัพธ์เหล่านี้บ่งชี้ว่าปลาแต่ละตัวอาจไม่ได้อยู่ร่วมกับญาติเลย หรือการผลิตชเร็คสตอฟฟ์จะแตกต่างกันไปขึ้นอยู่กับว่าปลาเป้าหมายคุ้นเคยกับปลาตัวอื่นในฝูงมากน้อยเพียงใด โดยสรุป หลักฐานไม่สนับสนุนสมมติฐานที่ว่า schreckstoff วิวัฒนาการขึ้นเพราะมันช่วยเพิ่มความเหมาะสมทางพันธุกรรมของผู้ส่งผ่านการเพิ่มอัตราการรอดชีวิตของญาติ
สมมติฐานการดึงดูดผู้ล่า
สมมติฐานการดึงดูดผู้ล่าเสนอว่าจุดประสงค์หลักของชเร็คสตอฟฟ์คือการดึงดูดผู้ล่าเพิ่มเติมมายังพื้นที่[ 20 ] ตามสมมติฐานนี้ ผู้ล่าเพิ่มเติมจะโต้ตอบกับผู้ล่าตัวแรก และการโต้ตอบเหล่านี้จะทำให้ผู้ส่งมีโอกาสหลบหนี ต้องมีเงื่อนไขหลายประการเพื่อสนับสนุนสมมติฐานนี้ ประการแรก ชเร็คสตอฟฟ์ต้องดึงดูดผู้ล่า ประการที่สอง ผู้ล่าที่ตามมาต้องขัดขวางเหตุการณ์การล่า ทำให้เพิ่มความน่าจะเป็นที่เหยื่อจะหลบหนี ประการที่สาม ผู้ส่งต้องสามารถฟื้นตัวจากความเสียหายทางกลที่เกิดขึ้นระหว่างเหตุการณ์การล่า
การศึกษาในปี 1995 [ 21 ]ให้การสนับสนุนเงื่อนไขแรกที่ว่าการปล่อยสารชเร็คสตอฟฟ์จะต้องดึงดูดผู้ล่า การทดลองนี้เผยให้เห็นว่าสารชเร็คสตอฟฟ์ที่สกัดจากผิวหนังของปลาหัวโตดึงดูดทั้งปลาไพค์เหนือ ( Esox lucius ) และ ด้วงดำน้ำล่าเหยื่อ Colymbetes sculptilisนอกจากนี้ การศึกษาตามธรรมชาติแสดงให้เห็นว่าปลาล่าเหยื่อมีแนวโน้มที่จะโจมตีเหยื่อล่อที่ใช้ฟองน้ำชุบสารสกัดจากผิวหนังของปลาหัวโตมากกว่าฟองน้ำที่ชุบในน้ำหรือสารสกัดจากผิวหนังของปลาหมอสีคอนวิคที่ไม่ใช่โอสตาริโอฟิซาน (ซึ่งสันนิษฐานว่าไม่ได้ผลิตสารชเร็คสตอฟฟ์) ถึงเจ็ดเท่า [ 22 ]
ในขณะที่การศึกษาสองครั้งก่อนหน้านี้ได้ให้ตัวอย่างของระบบที่ schreckstoff ทำหน้าที่ดึงดูดผู้ล่าเพิ่มเติม แต่ก็พบระบบที่ไม่เป็นเช่นนั้น[ 23 ]ปลาเบสลายจุด ( Micropterus punctulatus ) ถูกนำไปสัมผัสกับสารสกัดจากผิวหนัง (ที่มี schreckstoff) และกล้ามเนื้อ (กลุ่มควบคุม ซึ่งไม่มี schreckstoff) จากเหยื่อห้าชนิดที่อาศัยอยู่ร่วมกัน ปลาเบสลายจุดไม่ถูกดึงดูดไปยังการบำบัดด้วย schreckstoff ใดๆ ผลลัพธ์นี้บ่งชี้ว่า schreckstoff ไม่ได้ดึงดูดผู้ล่าที่เกี่ยวข้องในพื้นที่เสมอไป Cashner ยังชี้ให้เห็นเกี่ยวกับการศึกษาในปี 1995 ว่าปลาไพค์เหนือเป็นสายพันธุ์ที่ถูกนำเข้ามาในพื้นที่ส่วนใหญ่ของแหล่งอาศัยของปลาหัวโต ดังนั้นจึงไม่น่าจะมีการวิวัฒนาการร่วมกับปลาหัวโตเหล่านี้ในระหว่างการวิวัฒนาการของระบบ schreckstoff ระบบนี้อาจมีความเกี่ยวข้องทางนิเวศวิทยามากกว่า และมีหลักฐานเพียงเล็กน้อยที่บ่งชี้ว่า schreckstoff วิวัฒนาการมาเป็นสารดึงดูดผู้ล่า โดยสรุป การถกเถียงยังคงดำเนินต่อไปว่าเงื่อนไขแรกสำหรับสมมติฐานนี้ได้รับการตอบสนองหรือไม่
เงื่อนไขที่สองที่ต้องได้รับการสนับสนุนในสมมติฐานการดึงดูดผู้ล่าคือ ผู้ล่าเพิ่มเติมจะต้องขัดขวางเหตุการณ์การล่าเป็นครั้งคราว ซึ่งจะเพิ่มโอกาสที่เหยื่อจะหนีรอดไปได้ ในระบบปลาไพค์เหนือ/ปลาหัวอ้วน ปลาไพค์เหนือเพิ่มเติมอาจขัดขวางเหตุการณ์การล่าได้สองวิธี[ 24 ] ประการแรก ปลาไพค์เหนือเพิ่มเติมที่มีขนาดเท่ากันจะขัดขวางเหตุการณ์การล่าโดยการเข้ามาสัมผัสกับผู้ล่าหลัก (กัด เป็นต้น) ประการที่สอง ปลาไพค์เพิ่มเติมที่มีขนาดใหญ่กว่าที่ถูกดึงดูดด้วยชเร็คสตอฟอาจล่าผู้ล่าตัวแรก
ความน่าจะเป็นที่ปลาหัวโตจะหนีรอดไปได้หลังจากถูกปลาไพค์เหนือจับได้จะเพิ่มขึ้นอย่างมีนัยสำคัญเมื่อมีปลาไพค์ตัวที่สองเข้ามาขัดขวางเหตุการณ์การล่า[ 25 ] ประชากรปลาไพค์เหนือมีโครงสร้างตามอายุที่เอนเอียงไปทางตัวที่อายุน้อยกว่าและมีขนาดเล็กกว่า หากปลาไพค์ที่อายุน้อยกว่าโจมตีปลาหัวโตและดึงดูดปลาไพค์ที่แก่กว่าและมีขนาดใหญ่กว่าเข้ามา ปลาไพค์ที่อายุน้อยกว่าอาจเสี่ยงต่อการกินพวกเดียวกันเองและจะมีแนวโน้มที่จะปล่อยเหยื่อเพื่อมุ่งเน้นไปที่การหลบหนี ในส่วนของเงื่อนไขที่สอง ผู้ล่าเพิ่มเติมดูเหมือนจะขัดขวางเหตุการณ์การล่า ทำให้ความน่าจะเป็นที่ผู้ส่งจะหนีรอดไปได้เพิ่มขึ้น เงื่อนไขสุดท้ายที่ว่าแต่ละตัวต้องฟื้นตัวจากเหตุการณ์การล่าได้สำเร็จ ดูเหมือนจะได้รับการตอบสนอง หลักฐานสนับสนุนเงื่อนไขนี้มาจากการสังเกตว่าปลาขนาดเล็กจำนวนมากในประชากรตามธรรมชาติมีรอยแผลเป็น ซึ่งสันนิษฐานว่าเกิดจากความพยายามของผู้ล่าที่ไม่สำเร็จ[ 26 ]
แม้ว่าหลักฐานที่ว่าสารเหนียวดึงดูดผู้ล่าจะยังไม่ชัดเจน แต่การศึกษาชี้ให้เห็นว่าผู้ล่าหลายตัวจะรบกวนซึ่งกันและกัน และเหยื่อสามารถฟื้นตัวจากเหตุการณ์ถูกล่าได้เมื่อพวกมันหนีรอดไปได้ ระดับที่ผู้ล่าถูกดึงดูดเข้าหาเหตุการณ์ล่าขึ้นอยู่กับความเร็วที่สารเหนียวแพร่กระจายผ่านสภาพแวดล้อมทางน้ำ ซึ่งขึ้นอยู่กับพารามิเตอร์การไหลของน้ำ สมมติฐานนี้บ่งชี้ว่าสารเหนียววิวัฒนาการขึ้นเพื่อเพิ่มโอกาสในการอยู่รอดระหว่างเหตุการณ์ถูกล่า และบทบาทของมันในฐานะสัญญาณดึงดูดผู้ล่าสำหรับสิ่งมีชีวิตชนิดเดียวกันนั้นวิวัฒนาการขึ้นในภายหลัง สมมติฐานการดึงดูดผู้ล่าได้รับการสนับสนุนจากการศึกษาเชิงประจักษ์มากกว่าสมมติฐานการคัดเลือกญาติ และยังคงได้รับความนิยมมาเป็นเวลานาน
สารพิษอาจเป็นกลไกป้องกันเชื้อโรค ปรสิต และรังสี UVB ได้
สมมติฐานสุดท้ายระบุว่าชเร็คสตอฟฟ์มี หน้าที่ ทางภูมิคุ้มกันและอาจเป็นแนวป้องกันด่านแรกต่อเชื้อโรค ปรสิต และ/หรือรังสี UVB หลักฐานสนับสนุนสมมติฐานนี้ค่อนข้างแข็งแกร่ง การศึกษาที่ครอบคลุมเมื่อเร็ว ๆ นี้[ 27 ]เปิดเผยว่าการสัมผัสกับปรสิตและเชื้อโรคที่แทรกซึมเข้าสู่ผิวหนังของออสทาริโอฟิซานกระตุ้นการผลิตเซลล์เตือนภัย นอกจากนี้ การสัมผัสกับรังสี UV ที่เพิ่มขึ้นยังมีความสัมพันธ์กับการเพิ่มขึ้นของการผลิตเซลล์เตือนภัย
บทบาทของชเร็คสตอฟฟ์ในการตอบสนองทางภูมิคุ้มกันได้รับการยืนยันเพิ่มเติมจากการค้นพบว่าสารสกัดจากผิวหนังของปลาหัวโตยับยั้งการเจริญเติบโตของSaprolegnia ferax (ราน้ำ) ในการเพาะเลี้ยง ในทางตรงกันข้าม สารสกัดจากผิวหนังของปลาหางดาบ ( Xiphophorus helleri ) ซึ่งไม่เชื่อว่าผลิตชเร็คสตอฟฟ์ กลับเพิ่ม การเจริญเติบโต ของ S. feraxเมื่อเทียบกับกลุ่มควบคุม แคดเมียมซึ่งเป็นโลหะหนักและเป็นสารกดภูมิคุ้มกันในสัตว์มีกระดูกสันหลัง[ 28 ]ยับยั้งการผลิตเซลล์เตือนภัยเมื่อปลาติดเชื้อSaprolegnia [ 29 ]นอกจากนี้ การศึกษาติดตามผล[ 30 ] ได้ทำการรักษาปลาหัวโตด้วยคอร์ติซอล ซึ่ง เป็นสารกดภูมิคุ้มกันที่รู้จักกันดี ซึ่งช่วยลดการลงทุนของเซลล์เตือนภัยร่วมกับกิจกรรมของเม็ดเลือดขาวอย่างมีนัยสำคัญ ผลการศึกษาที่ครอบคลุมเหล่านี้ชี้ให้เห็นอย่างชัดเจนว่าหน้าที่หลักของชเร็คสตอฟฟ์คือการให้ภูมิคุ้มกันต่อภัยคุกคามจากสิ่งแวดล้อมหลายประการที่มุ่งเป้าไปที่ผิวหนังของปลา
หากชเร็คสตอฟฟ์วิวัฒนาการขึ้นเพื่อเป็นกลไกป้องกันเชื้อโรค ปรสิต และรังสี UVB การปล่อยชเร็คสตอฟฟ์สู่สิ่งแวดล้อมในภายหลังจึงทำให้ทั้งผู้ล่าและเหยื่อสามารถใช้ประโยชน์จากระบบนี้ได้ ผู้ล่าในบางระบบอาจใช้ชเร็คสตอฟฟ์เป็นสัญญาณบ่งบอกถึงเหยื่อที่หาได้ง่าย โดยการขัดขวางการล่าเพื่อแย่งชิงเหยื่อมาเป็นของตนเอง หรือโดยการล่าผู้ล่าตัวแรกเสียก่อน จากนั้นสัตว์ชนิดเดียวกันที่อยู่ใกล้เคียงก็จะใช้ชเร็คสตอฟฟ์เป็นสัญญาณทางเคมีเพื่อเตือนพวกมันถึงการมีอยู่ของผู้ล่าในบริเวณนั้น
ข้อควรพิจารณาทางนิเวศวิทยา
งานวิจัยที่น่าเชื่อถือที่สุดจนถึงปัจจุบันระบุว่าเซลล์สารเตือนภัยทำหน้าที่เป็นการตอบสนองของระบบภูมิคุ้มกัน และผลกระทบทางนิเวศวิทยาของสารนี้ในฐานะสัญญาณเตือนภัยทางเคมีได้รับการพัฒนาในภายหลัง การค้นพบนี้ก่อให้เกิดคำถามวิจัยที่น่าสนใจหลายประการ ประการแรก ดังที่กล่าวไว้ก่อนหน้านี้ ตัวผู้ในสายพันธุ์ Ostariophysan หลายชนิดจะหยุดการผลิตเซลล์สารเตือนภัยในช่วงฤดูผสมพันธุ์ สันนิษฐานว่าเพื่อป้องกันไม่ให้ตัวเมียถูกขับไล่ออกจากรังโดยไม่ได้ตั้งใจเมื่อตัวผู้ได้รับความเสียหายทางกลระหว่างการสร้างรัง เมื่อพิจารณาจากสมมติฐานเกี่ยวกับภูมิคุ้มกัน เซลล์สารเตือนภัยอาจถูกผลิตน้อยลงในช่วงฤดูผสมพันธุ์เนื่องจากระดับเทสโทสเตอโรนที่เพิ่มขึ้นอาจลดการตอบสนองของภูมิคุ้มกัน[ 31 ] นอกจากนี้ การค้นพบนี้ยังบ่งชี้ว่าตัวผู้มีความเสี่ยงมากขึ้นจากรังสี UVB รวมถึงการติดเชื้อปรสิตและเชื้อโรคในช่วงฤดูผสมพันธุ์
บทบาทของชเร็คสตอฟฟ์ในฐานะการตอบสนองทางภูมิคุ้มกันมีนัยสำคัญเพิ่มเติมในยุคแห่งการเปลี่ยนแปลงสิ่งแวดล้อมที่เพิ่มขึ้นนี้[ 32 ] ปัจจัยกดดันทางสิ่งแวดล้อม ได้แก่ รังสี UVB มลภาวะ และปรสิต กำลังเพิ่มขึ้นในสิ่งแวดล้อม และมีแนวโน้มที่จะเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่องเมื่อเวลาผ่านไป การได้รับรังสี UVB เพิ่มขึ้นเนื่องจากโอโซนในชั้นบรรยากาศสตราโตสเฟียร์ลด ลง [ 33 ]โรคต่างๆ กำลังมีความสำคัญมากขึ้นทั้งในระดับท้องถิ่นและระดับโลก[ 34 ]และสารมลพิษ รวมถึงโลหะหนักกำลังถูกนำเข้าสู่ระบบนิเวศ [ 35 ] หาก ความเข้มข้นของแคดเมียม ซึ่งเป็นโลหะหนักที่ส่งผลต่อความสามารถของปลาในการผลิตชเร็คสตอฟฟ์เพื่อตอบสนองต่อปัจจัยกดดันทางสิ่งแวดล้อม เพิ่มขึ้นในสิ่งแวดล้อม การตอบสนองทางภูมิคุ้มกันของปลาออสตาริโอฟิซานจำนวนมากก็จะถูกบั่นทอนลง[ 36 ]
แหล่งที่มา
- Argentini, M. 1976. Isolierung des Schreckstoffes aus der Haut der Elritze Phoxinus phoxinus (L) มหาวิทยาลัยซูริก.
- Atema, J. และ D. Stenzler. 1977. สารเตือนภัยของหอยโคลนทะเลNassarius obsoletus : ลักษณะทางชีววิทยาและวิวัฒนาการที่เป็นไปได้ วารสารนิเวศวิทยาเคมี 3:173-187.
- Blaustein, AR, JM Kiesecker, DP Chivers และ RG Anthony. 1997. รังสี UV-B ในสิ่งแวดล้อมทำให้เกิดความผิดปกติในตัวอ่อนของสัตว์สะเทินน้ำสะเทินบก วารสาร Proceedings of the National Academy of Sciences in the USA 94:13735-13737.
- Brown, GE, JCJ Adrian, E. Smyth, H. Leet และ S. Brennan. 2000. ฟีโรโมนเตือนภัยของ Ostariophysan: การทดสอบในห้องปฏิบัติการและภาคสนามเกี่ยวกับความสำคัญเชิงหน้าที่ของไนโตรเจนออกไซด์ วารสารนิเวศวิทยาเคมี 26:139-154
- Chivers, DP, GE Brown และ RJF Smith. 1996. วิวัฒนาการของสัญญาณเตือนภัยทางเคมี: การดึงดูดผู้ล่าเป็นประโยชน์ต่อผู้ส่งสัญญาณเตือนภัย The American Naturalist 148:649-659.
- Chivers, DP และ RJF Smith. 1994. การหลีกเลี่ยงพื้นที่ที่ทำเครื่องหมายด้วยสารสกัดจากผิวหนังของปลาหนามน้ำจืด ( Culea inconstans ) ในถิ่นที่อยู่ตามธรรมชาติ ทั้งในระดับชนิดเดียวกันและต่างชนิดกัน วารสารนิเวศวิทยาเคมี 20:1517-1523
- Chivers, DP, BD Wisenden, CJ Hindman, TA Michalak, RC Kusch, SGW Kaminskyj, KL Lack, MCO Ferrari, *RJ Pollock, CF Halbgewachs, MS Pollock, S. Alemadi, CT James, RK Savaloja, CP Goater, A. Corwin, RS Mirza, JM Kiesecker, GE Brown, JCJ Adrian, PH Krone, AR Blaustein และ A. Mathis. 2007. เซลล์ 'สารเตือนภัย' ในชั้นหนังกำพร้าของปลาที่คงอยู่ด้วยหน้าที่ที่ไม่ใช่การเตือนภัย: การป้องกันที่เป็นไปได้ต่อเชื้อโรค ปรสิต และรังสี UVB. Proceedings of the Royal Society B 274:2611-2619.
- Fässler, SMM และ MJ Kaiser. 2008. การตอบสนองต่อผู้ล่าที่เกิดจากการถ่ายทอดทางวิวัฒนาการในหอยสองฝา Marine Ecology Progress Series 363:217-225.
- Folstad, I. และ Karter, AJ 1992. ปรสิต เพศผู้สีสดใส และความบกพร่องของภูมิคุ้มกัน The American Naturalist 139: 603-622
- Frisch, K. v. 1938. Zur Psychologie des Fische-Schwarmes. นาตูร์วิสเซนชาฟเทิน 26:601-606.
- Halbgewachs, CF, RC Kusch, TA Marchant และ DP Chivers. 2009. เซลล์คลับในชั้นหนังกำพร้าและระบบภูมิคุ้มกันโดยกำเนิดของปลาซิว. Proceedings of the Royal Society B 98:891-897.
- Hamilton, WG 1963. วิวัฒนาการของพฤติกรรมเสียสละเพื่อผู้อื่น. American Naturalist 97:354-356.
- Hamilton, WG 1964a. วิวัฒนาการทางพันธุกรรมของพฤติกรรมทางสังคม I. Journal of Theoretical Biology 7:1-16.
- Hamilton, WG 1964b. วิวัฒนาการทางพันธุกรรมของพฤติกรรมทางสังคม. II. วารสารชีววิทยาเชิงทฤษฎี 7.
- Hews, DK 1988. การตอบสนองต่อสัญญาณเตือนภัยในลูกอ๊อดคางคกตะวันตก Bufo boreas: การปล่อยสารเคมีจากลูกอ๊อดโดยผู้ล่าตามธรรมชาติและผลกระทบต่อประสิทธิภาพการจับเหยื่อของผู้ล่า พฤติกรรมสัตว์ 36:125-133
- Hews, DK และ AR Blaustein. 1985. การตรวจสอบการตอบสนองต่อสัญญาณเตือนภัยใน ลูกอ๊อด Bufo boreasและRana cascadae . พฤติกรรมและชีววิทยาประสาท 43:47-57.
- Jensen, A. และ F. Bro-Rasmussen. 1992. แคดเมียมในสิ่งแวดล้อมในยุโรป. Reviews of Environmental Contamination and Toxicology 125:101-108.
- Kiesecker, JM, LK Belden, K. Shea และ MJ Rubbo. 2004. การลดลงของสัตว์สะเทินน้ำสะเทินบกและโรคอุบัติใหม่. American Scientist 92:138-147.
- Lutterschmidt, WI, GA Marvin และ VH Hutchison. 1994. การตอบสนองต่อสัญญาณเตือนภัยของซาลาแมนเดอร์วงศ์ Plethodontidae ( Desmognathus ochraphaeus ): "schreckstoff" ชนิดเดียวกันและต่างชนิดกัน วารสารนิเวศวิทยาเคมี 20:2751-2757
- Mathis, A. และ RJF Smith. 1993. สัญญาณเตือนภัยทางเคมีช่วยเพิ่มระยะเวลาการอยู่รอดของปลาหัวโต ( Pimephales promelas ) ในระหว่างการเผชิญหน้ากับปลาไพค์เหนือ ( Esox lucius ) พฤติกรรมนิเวศวิทยา 4:260-265.
- Mathis, A. และ RJF Smith. 1994. การตอบสนองภายในชนิดเดียวกันและข้ามอันดับใหญ่ต่อสัญญาณเตือนภัยทางเคมีของปลาหนามบรู๊ค. Ecology 74:2395-2404.
- Mathuru, A., Kibat, C., Cheong, WF, Shui, G., Wenk, MR, Friedrich, RW และ Jesuthasan, S. 2012. ชิ้นส่วนของคอนดรอยตินเป็นสารให้กลิ่นที่กระตุ้นพฤติกรรมความกลัวในปลา Current Biology 22: 538-544.
- Naish, K.-A., GR Carvalho และ TJ Pitcher. 1993. โครงสร้างทางพันธุกรรมและการกระจายตัวในระดับจุลภาคของฝูงปลาPhoxinus phoxinusหรือปลาซิวยุโรป. Journal of Fish Biology 43:75-89.
- เนลสัน, เจ.เอส. 1994. ปลาทั่วโลก, ฉบับที่ 4. ไวลีย์-อินเตอร์ไซแอนซ์, นิวยอร์ก, นิวยอร์ก.
- Pfeiffer, W. 1982. สัญญาณเคมีในการสื่อสาร หน้า 307-325 ใน TJ In Hara, บรรณาธิการ. การรับรู้ทางเคมีในปลา. Elsevier, อัมสเตอร์ดัม.
- Sanchez-Dardon, J., I. Voccia, A. Hontela, S. Chilmonczyk, M. Dunier, H. Boermans, B. Blakley และ M. Fournier. 1999. การปรับเปลี่ยนภูมิคุ้มกันโดยโลหะหนักที่ทดสอบทีละชนิดหรือในรูปแบบผสมในปลาเทราต์สายรุ้ง ( Oncorhynchus mykiss ) ที่สัมผัสในร่างกาย. Environmental Toxicology and Chemistry 18:1492-1497.
- Smith, RJF 1973. เทสโทสเตอโรนกำจัดสารเตือนภัยในปลาหัวโตตัวผู้ วารสารสัตววิทยาแคนาดา 54:875-876
- Smith, RJF 1992. สัญญาณเตือนภัยในปลา. Reviews in Fish Biology and Fisheries 2:33-63.
- Smith, RJF และ AD Lemly. 1986. การอยู่รอดของปลาหัวโตหลังได้รับบาดเจ็บจากผู้ล่าและบทบาทที่เป็นไปได้ในการวิวัฒนาการของสัญญาณเตือนภัย ชีววิทยาของปลาในสิ่งแวดล้อม 15:147-149.
- Snyder, NFR และ HA Snyder. 1970. การตอบสนองต่อสัญญาณเตือนภัยของDiadema antillarum . Science 168:276-278.
- Stenzler, D. และ J. Atema. 1977. การตอบสนองต่อสัญญาณเตือนภัยของหอยโคลนทะเลNassarius obsoletus : ความจำเพาะและลำดับความสำคัญทางพฤติกรรม วารสารนิเวศวิทยาเคมี 3:159-171.
- Wisenden, BD และ RJF Smith. 1998. การประเมินใหม่เกี่ยวกับผลกระทบของความคุ้นเคยกับฝูงปลาต่อการแพร่กระจายของเซลล์สารเตือนภัยในปลา Ostariophysan. Journal of Fish Biology 53:841-846.
- Wisenden, BD และ TA Thiel. 2002. การตรวจสอบภาคสนามเกี่ยวกับการดึงดูดผู้ล่าด้วยสารเตือนภัยของปลาเล็ก. Journal of Chemical Ecology 28:433-438.
สรุปเนื้อหา
ข้อมูลสำคัญจากบทความ
ข้อมูลสำคัญเกี่ยวกับ ขยะ
ในปี ค.ศ. 1938 คาร์ล ฟอน ฟริช นักสัตววิทยาชาวออสเตรียได้รายงานเป็นครั้งแรกเกี่ยวกับการมีอยู่ของสัญญาณเตือนภัยทางเคมีที่เรียกว่า ชเร็คสตอฟฟ์ (สารแห่งความหวาดกลัว) ใน ปลาซิว สัญญาณ...
พื้นหลัง
ระบบเตือนภัยทางเคมีได้รับ การ ระบุในกลุ่มสิ่งมีชีวิตหลายกลุ่ม รวมถึง หอยทาก [ 2 ] สัตว์ทะเลมีหนาม [ 3 ] สัตว์ สะเทินน้ำสะเทินบก [ 4 ] และ ปลา หนึ่งในสัญญาณเตือนภัยทางเคมีที่ได้รับการศึกษาอย่างดีที่สุดคือ ชเร็คสตอฟ...
Schreckstoff ใน ostariophysans
การผลิตชเร็คสตอฟฟ์ได้รับการพิสูจน์แล้วว่ามีต้นทุนทางเมตาบอลิซึมสูง ดังนั้นจึงเป็นส่วนหนึ่งของกลยุทธ์แบบมีเงื่อนไขที่บุคคลที่มีทรัพยากรเพียงพอเท่านั้นจึงจะสามารถใช้ได้ [ 6 ] ส่วนประกอบสำคัญที่คาดว่ามีฤทธิ์ในชเร็คสตอฟฟ์คือไฮโปแซนทีน-3N-ออกไซด์ (H3NO)...
สมมติฐานเกี่ยวกับการวิวัฒนาการของชเร็คสตอฟฟ์
มีการเสนอ สมมติฐาน ที่แตกต่างกันหลายประการเกี่ยวกับวิวัฒนาการของชเร็คสตอฟ [ 14 ] สมมติฐานแรกคือวิวัฒนาการของชเร็คสตอฟได้รับแรงผลักดันจาก การคัดเลือกญาติ การสนับสนุนสมมติฐานนี้จะรวมถึงหลักฐานที่ว่าบุคคลอาศัยอยู่ในกลุ่มญาติที่ใกล้ชิดกัน...