ВЕСТНИК ЮЖНОГО НАУЧНОГО ЦЕНТРА Том 9, № 4, 2013, стр. 87-95
БИОЛОГИЯ
УДК 636.02+623.98
СЕНСОРНЫЕ ВОЗМОЖНОСТИ АРКТИЧЕСКИХ ТЮЛЕНЕЙ В МОРСКИХ БИОТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ
© 2013 г. В.Б. Войнов1' 2, А.А. Зайцев1, Ю.В. Литвинов1, А.Л. Михайлюк1, М.В. Пахомов1
Поступила 22.03.2013
Для эффективной интеграции морских млекопитающих в биотехнические системы необходимо знать возможности их органов чувств, особенности суточных и сезонных ритмов, поведенческой активности. Встречающиеся в литературе данные носят в основном теоретический характер и малоприменимы для практического использования. Поскольку в составе биотехнических систем в условиях Заполярья наиболее целесообразно использовать аборигенные виды тюленей, становится необходимой информация об их сенсорных системах, динамике их сезонных и суточных ритмов, особенностях поведения. В настоящей статье приводятся результаты экспериментов с арктическими тюленями, содержащимися на базе биотехнического аквакомплекса Мурманского морского биологического института. Исследованы возможности выработки условных рефлексов на обонятельные и цветовые раздражители.
Ключевые слова: ластоногие, зрение, цветовосприятие, обоняние.
ВВЕДЕНИЕ
Под биотехническими системами в широком смысле понимается особый класс искусственных систем, представляющих собой совокупность биологических и технических (механических, а в настоящее время - программно-аппаратных) компонентов, объединенных решением общей задачи и связанных между собой в едином контуре управления. В качестве основного звена в этих системах выступают биологические компоненты: в составе человеко-машинных систем - человек, в составе водных (морских) биотехнических систем - морские млекопитающие [1].
Мировая практика использования морских млекопитающих в составе биотехнических систем показала отличные результаты [2]. Отечественный опыт и опубликованные сведения о работе американских специалистов позволяют сделать вывод, что обученные ластоногие способны осуществлять поиск и подъем затонувших предметов, с применением специальной техники обследовать подводные коммуникации, оказывать помощь в работе водо-
1 Мурманский морской биологический институт Кольского научного центра РАН, 183010, г. Мурманск, ул. Владимирская, д. 17.
2 Институт аридных зон Южного научного центра РАН, 344006, г. Ростов-на-Дону, пр. Чехова, 41; e-mail: voinov@ssc-ras.ru
лаза и противодействовать подводным диверсантам [3]. В связи с истощением континентальных залежей углеводородного сырья особый интерес в последнее время представляют морские нефтегазовые ресурсы. Их разработка и освоение определяют необходимость создания целого ряда морских и прибрежных комплексов (буровые платформы, специальные портовые сооружения, нефте- и газоперерабатывающие комплексы, подводные газо- и нефтепроводы), что связано в том числе с активизацией судоходства в этих районах. Вся создаваемая инфраструктура уязвима как для природных катаклизмов, так и для целенаправленных диверсий. Именно поэтому данные объекты нуждаются в современных средствах контроля и защиты.
Настоящие тюлени имеют ряд преимуществ как перед человеком-водолазом, так и перед подводными роботами и даже другими морскими млекопитающими. В отличие от водолаза, для которого подводные глубины являются чужеродной и враждебной средой, для тюленей это естественная среда обитания, к которой они адаптировались в ходе эволюции. Если для человека погружение на глубины свыше 30 м уже связано с риском, то, например, для серых тюленей глубины 20-40 м являются привычным местом для добычи пищи [4; 5]. Тюлени не подвержены кессонной болезни, их сенсорные системы и весь организм в целом анатомически и физиологически адаптированы к глубоководным
условиям; погружение и подъем на глубины, на что водолаз тратит до нескольких часов, тюлени осуществляют за минуты или секунды.
Оценивая экономическую выгоду морских биотехнических систем, отметим, что начальный срок обучения ластоногих прикладным навыкам длится около года, а период их служебной деятельности может продолжаться 15-20 лет [3].
Настоящие тюлени ни в чем не уступают широко используемым в биотехнических проектах зарубежных стран китообразным и ушастым тюленям, а по параметрам универсальности и надежности даже их превосходят. В отличие от китообразных тюлени являются амфибионтами, то есть могут свободно находиться как на суше, так и под водой. Поэтому тюленей легче транспортировать, содержать и устанавливать на них специальное оборудование. К тому же их отлов, содержание и обучение обходится дешевле, чем китообразных, за счет меньших норм кормления, размеров и особенностей образа жизни данных животных [1].
Несмотря на продолжительный период разработки проблем содержания в неволе и обучения морских млекопитающих, для успешного применения ластоногих в биотехнических системах необходимы систематизация и углубление знаний об их биологии, физиологии, особенностях их поведения.
В частности, известно, что ластоногие обладают высокой чувствительностью к различным запахам и хорошо их различают. Так, у обыкновенных тюленей (РИоеа \itulina) выявлена высокая чувствительность к сульфиду этана, установлено, что она в несколько раз выше, чем у людей [6]. Южноафриканские морские котики могут отличать запах рыбы от аромата эфирных масел, а также различать разные виды рыб по запаху [7].
При использовании тюленей для решения служебных задач также важны знания о зрении, прежде всего об особенностях их цветовосприятия. Однако до настоящего времени не решен вопрос о том, какие фоторецепторы присутствуют в сетчатке морских млекопитающих. Глаза этих животных по своему строению напоминают глаза ночных наземных млекопитающих. У последних в сетчатке преобладают палочкоподобные рецепторы, обеспечивающие скотопическое зрение, и следовало бы ожидать подобное и у морских животных [8]. Фотопигменты сетчатки глаза настоящих тюленей имеют пики чувствительности в зелено-синей части видимого спектра, в то время как синечувствительные колбочки у разных групп морских млекопитающих либо отсутствуют [9], либо присутствуют в малых количествах [10]. Поэтому их цветовосприятие коренным образом отличается от типичных трихро-матов, таких как человек и высшие приматы старо-
го света [11]. Все же это не исключает возможности дифференцировать объекты по косвенным визуальным признакам, а именно по яркости и насыщенности [12; 13].
Цель работы - комплексное изучение перцептивного пространства конкретных видов арктических ластоногих (серый тюлень, гренландский тюлень и кольчатая нерпа), перспективных для использования в морских биотехнических системах.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ
В ходе работ, проводимых на биотехническом аквакомплексе ММБИ в период с 2009 по 2011 г., в экспериментах были задействованы пять арктических тюленей: кольчатая нерпа (Pusa hispida Schreber, 1775), гренландский тюлень (Pagophilus groenlandica Erxleben, 1777) и три серых тюленя (Halichoerus grypus Fabricius, 1791).
Животные размещались в вольерах прямоугольной формы размером 3,4 х 4,6 м. Каждый вольер имеет леерное ограждение, выступающее над водой на высоту 1,05 м, к которому прикреплены сетевые кошельки (размер ячеи 3 х 3 см), погруженные в воду на глубину 2,0 м. В каждом отсеке находится деревянный помост шириной 30 см, служащий для вывода животных во время кормления, а также для их отдыха.
Кольчатая нерпа, самка в возрасте около трех лет, была отловлена на акватории Кольского залива в 2008 г., кличка Масяня. К работам привлекалась редко, плохо подвергается доместикации, по отношению к человеку часто проявляет агрессивно-оборонительную реакцию. Обучена только выполнению основных команд, которые выполняет не всегда правильно.
Гренландский тюлень, самка в возрасте девяти лет, содержалась в условиях неволи на аквакомп-лексе с полуторамесячного возраста. Ранее участвовала в экспериментах, поэтому имела стойкую "установку на обучение", выполняет команды без ошибок.
Три самки серого тюленя (Вета, Соня, Бузя), в возрасте шести лет, содержались на аквакомплек-се с возраста полтора месяца, ранее участвовали в экспериментальных работах, все с хорошо сформированной "установкой на обучение", основные команды выполняют без ошибок.
В ходе работ были использованы два основных метода: метод выработки условного рефлекса на раздражители различной модальности и метод это-логического наблюдения [1].
Постоянно осуществлялся контроль состояния животных - все они были здоровы, поддерживался необходимо высокий уровень пищевой мотивации.
Рис. 1. Знакомство с целевым раздражителем, содержащим образец целевого запаха (камфора)
На всех этапах работы поощрение было пищевым и составляло 50 г рыбы для гренландского и серого тюленей, 25 г для кольчатой нерпы. Использовались сайка, мойва - целые рыбешки, селедка, путассу нарезались кусочками.
Исследования обонятельной чувствительности тюленей
В экспериментальных исследованиях по обучению тюленей поиску объектов по запаху участвовали две самки серого тюленя.
С тюленем Бузей эксперимент проводился по методу "выбор по образцу" [14]. С тюленем Ветой работа велась по методике подготовки собак-ищеек [15]. В качестве раздражителя использовался 10%-й раствор камфорного масла. Данное вещество было выбрано потому, что его можно отнести к первичным ароматам (согласно классификации запахов [16]).
Вначале животных знакомили с целевым раздражителем в форме пластиковой непрозрачной бутылочки с отверстиями (объем 500 мл), в которую помещалась медицинская вата с ароматическим маслом для определения их реакции на данный аромат (рис. 1). Объем камфорного масла составлял 3 мл. Пищевое подкрепление следовало после того, как тюлень делал 2-3 вдоха возле емкости. Отрицательной реакции на запах у обоих животных не было отмечено. Методические требования определяли необходимость достаточно точного повторения условий проведения исследований при переходе от одного дня работы к другому, от одного животного к следующему.
Тюленя Бузю в течение трех тренировок обучали оставаться возле емкости с запахом на протяжении 5 секунд. Подкрепление следовало, если жи
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.