Jak chomik postrzega świat - naukowo

W 1984 roku w laboratorium CNRS w Marsylii trzej francuscy naukowcy zbudowali dla chomików klif.

Jacques Vauclair, Edith Emmanuelli i Ariane Etienne chcieli odpowiedzieć na pozornie proste pytanie: czy chomik rozumie, że może spaść? Skonstruowali platformę z dwoma krawędziami - jedna prowadziła na płytki stopień, druga w przepaść. Klasyczny test percepcji głębokości, stosowany od lat pięćdziesiątych na niemowlętach, kotach i szczurach.
Pierwsze wyniki były zgodne z oczekiwaniami. Chomiki konsekwentnie wybierały bezpieczną stronę. Ale potem Vauclair zrobił coś nieoczekiwanego: zgasił światło.

W całkowitej ciemności chomiki nadal wybierały płytką stronę. Bezbłędnie. Jakby widziały w ciemnościach. A kiedy naukowcy dodatkowo zakleili im oczy, żeby wykluczyć nawet szczątkowe widzenie? Chomiki dalej radziły sobie doskonale.
Dopiero gdy zatkano im uszy, zaczęły się gubić.

To był pierwszy sygnał, że świat chomika działa na zasadach, których ludzie nie potrafią sobie nawet wyobrazić. Że zwierzę, które trzymamy w pokoju, żyje w rzeczywistości równoległej do naszej - zbudowanej z dźwięków, których nie słyszymy, zapachów, których nie czujemy, i dotyku tak precyzyjnego, że zastępuje wzrok.

Oczy, które prawie nic nie widzą

Przez lata naukowcy zakładali, że chomiki widzą świat podobnie jak inne gryzonie - w ograniczonych kolorach, ale jednak w kolorach. Myszy widzą ultrafiolet. Szczury rozróżniają zieleń i błękit. Koszatniczka, ma pełne widzenie ultrafioletowe i używa go do odnajdywania śladów moczu znaczących terytorium. Logiczne wydawało się, że chomik syryjski będzie podobny.

W 2008 roku Gerald Jacobs i Gary Williams z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Santa Barbara postanowili to sprawdzić. Jacobs był wówczas jednym z najwybitniejszych specjalistów od widzenia barwnego u ssaków, z czterdziestoletnią karierą i setkami publikacji. Jego laboratorium dysponowało najnowocześniejszym sprzętem do elektroretinografii - techniki mierzącej odpowiedź siatkówki na światło z precyzją milisekund.

Wyniki zaskoczyły wszystkich.

Owszem, w siatkówce chomika syryjskiego znaleziono geny kodujące opsyny wrażliwe na krótkie fale - te same, które u innych ssaków odpowiadają za widzenie ultrafioletu i błękitu. Transkrypty RNA były obecne. Ale kiedy naukowcy zmierzyli faktyczną odpowiedź siatkówki na światło ultrafioletowe, nie było niczego. Cisza. Geny istniały, ale nie działały. Chomik syryjski okazał się funkcjonalnym monochromatą - widzi tylko jednym typem czopków, wrażliwym na światło zielone, ze szczytem około 510 nanometrów.

Co to oznacza w praktyce? Wyobraź sobie, że patrzysz na świat przez bardzo brudną, zieloną szybę, w dodatku rozmazaną jak przez dno butelki. Czerwień, pomarańcz, żółć - wszystko zlewa się w jednolitą szarość. Błękit i fiolet - podobnie. Zostaje tylko zieleń i jej odcienie, ale nawet te są nieostre, bo prawie 97% komórek w siatkówce chomika to pręciki, przystosowane do widzenia w słabym świetle, nie do ostrości obrazu.

Badania z 2009 roku przeprowadzone na Uniwersytecie Kyungpook w Korei potwierdziły te proporcje z chirurgiczną precyzją: 3,01% czopków, 96,99% pręcików. Dla porównania, ludzka plamka żółta - miejsce najostrzejszego widzenia - składa się niemal wyłącznie z czopków.

Chomik nie widzi szczegółów. Nie rozpoznaje twarzy. Prawdopodobnie wzrokiem nie odróżnia stojącego człowieka od mebla. Ale w jednej rzeczy jest mistrzem: wykrywaniu ruchu. W półmroku, gdzie każdy cień może oznaczać węża lub sowę, umiejętność natychmiastowego zauważenia czegoś, co się porusza, jest różnicą między życiem a śmiercią. Siatkówka wypełniona pręcikami, choć bezużyteczna przy świetle dziennym, staje się wyrafinowanym detektorem ruchu o zmierzchu.

Dlatego gwałtowny gest ręki nad klatką wywołuje panikę. Z perspektywy chomika to atak z góry - szybko poruszający się cień, dokładnie taki, jaki rzucałby nurkujący drapieżnik.

Świat pełen krzyku

Wróćmy do eksperymentu Vauclairea. Dlaczego chomiki z zatkanymi uszami gubiły się na klifie?

Odpowiedź jest fascynująca: chomiki prawdopodobnie używają echa do oceny odległości. Nie tak jak nietoperze, nie emitują ultradźwięków celowo w celu echolokacji. Ale odgłosy ich własnych ruchów - szelest futra, stuk pazurków - odbijają się od podłoża i wracają do uszu. Im głębsza przepaść, tym dłuższe opóźnienie echa, tym inny charakter dźwięku.

To ma sens, jeśli zna się anatomię słuchu chomika. Zakres słyszalnych częstotliwości sięga u nich 46 kiloherców - ponad dwukrotnie więcej niż u człowieka, którego uszy zamykają się na 20 kiloherców. Chomik żyje dosłownie w innym świecie akustycznym.
I tutaj dochodzimy do odkrycia, które powinno zmienić sposób, w jaki myślimy o tych zwierzętach.

W 2015 roku międzynarodowy zespół pod kierunkiem Marceli Fernández-Vargas opublikował w czasopiśmie PLOS ONE szczegółową analizę wokalizacji chomików syryjskich. Naukowcy nagrywali dorosłe chomiki w różnych sytuacjach społecznych - przed kopulacją, po niej, podczas spotkań z osobnikami tej samej i przeciwnej płci. Użyli mikrofonów ultradźwiękowych i zaawansowanego oprogramowania do analizy spektralnej.

Odkryli, że chomiki „rozmawiają” głównie w zakresie 20-55 kiloherców, ze szczytem częstotliwości między 33 a 37 kiloherców. To oznacza, że większość ich komunikacji jest dla nas całkowicie niesłyszalna. Kiedy twój chomik siedzi w klatce i wydaje ci się, że milczy, może właśnie nadawać na częstotliwości, której twoje uszy nie potrafią odebrać.

Ale nie tylko inne chomiki nadają na tych częstotliwościach.

Niektóre urządzenia elektroniczne - zwłaszcza starsze monitory, wadliwe zasilacze, ultradźwiękowe odstraszacze gryzoni - mogą emitować dźwięki w zakresie słyszalnym dla chomika, choć niesłyszalnym dla człowieka. Badacze z Uniwersytetu Hebrajskiego, gdzie niemal sto lat wcześniej Saul Adler hodował pierwsze chomiki laboratoryjne, wykazali, że chroniczny hałas ultradźwiękowy może wywoływać u gryzoni stres porównywalny ze stresem wynikającym z obecności drapieżnika.

Pomyśl o tym następnym razem, gdy postawisz klatkę obok telewizora.

Sto kilometrów kwadratowych zapachu

Węch chomika to temat, który mógłby wypełnić osobną książkę. Ale żeby zrozumieć jego skalę, wystarczy jeden fakt.

W 1991 roku Robert Johnston z Uniwersytetu Cornella opublikował wyniki wieloletnich badań nad rozpoznawaniem indywidualnym u chomików syryjskich. Johnston odkrył, że chomik potrafi rozróżnić zapachy poszczególnych osobników na podstawie co najmniej pięciu różnych źródeł: gruczołu bocznego, wydzieliny waginalnej, gruczołów usznych, moczu i kału. Co więcej, każde źródło niesie inny typ informacji.

Zapach z gruczołu bocznego mówi o statusie społecznym i terytorialności. Wydzielina waginalna informuje o gotowości do rozrodu. Mocz zdradza stan zdrowia i dietę. To tak jakby każdy człowiek nosił przy sobie pięć różnych wizytówek, każda napisana w innym języku, każda czytelna tylko dla tych, którzy znają kod.

Johnston przeprowadził elegancki eksperyment. Najpierw pozwalał chomikowi „zapoznać się” z zapachem konkretnego osobnika tak długo, aż chomik przestawał wykazywać nim zainteresowanie (tzw. habituacja). Potem podmieniał źródło zapachu - na przykład mocz zamiast wydzieliny z gruczołu bocznego, ale od tego samego osobnika. Chomik natychmiast wykazywał ponowne zainteresowanie. To dowód, że każde źródło jest przetwarzane oddzielnie.

Ale najbardziej uderzające odkrycie dotyczyło opiekunów.

Chomik rozpoznaje „swojego” człowieka nie po wyglądzie - jak już wiemy, jego wzrok na to nie pozwala. Nie po głosie, choć głos też gra rolę. Rozpoznaje go przede wszystkim po zapachu skóry. W serii eksperymentów wykazano, że chomiki oswojone przez konkretnego opiekuna reagują spokojniej na jego zapach niż na zapach obcej osoby, nawet jeśli obie osoby zachowują się identycznie.

To ma praktyczne konsekwencje. Zmiana mydła, kremu, perfum - dla chomika to pojawienie się częściowo obcego osobnika. Dlatego oswajanie po dłuższej przerwie często trzeba zaczynać niemal od zera, a niektóre chomiki, pozornie oswojone, reagują agresją po powrocie właściciela z wakacji.

Mapa, której nie widzisz

W 2010 roku Mélisa Veillette i Stéphan Reebs z Uniwersytetu w Moncton w Kanadzie przeprowadzili prosty, ale eksperyment. Połączyli dwie klatki tunelem i pozwolili chomikom zadomowić się w nich przez dziesięć dni. Potem w jednej klatce wymienili ściółkę na świeżą, a w drugiej zostawili starą - brudną, przesiąkniętą zapachem. Następnie odblokowali tunel i przez trzy dni obserwowali, gdzie chomiki budują gniazda.

Wynik był jednoznaczny: chomiki konsekwentnie wybierały starą ściółkę. Nawet po czternastu dniach - gdy dla ludzkiego nosa zapach musiał być już intensywny - wolały gniazdować w „brudnej” klatce niż w sterylnie czystej.

Dla nas to brzmi jak brak higieny. Dla chomika to kwestia przetrwania.

Zapach ściółki to dla chomika mapa terytorialna - zbiór znaczników mówiących mu, że jest u siebie. Przez gruczoły boczne, uszne i przez mocz chomik nieustannie znakuje swoje terytorium, tworząc niewidzialną dla nas sieć punktów orientacyjnych. Kiedy wymieniasz całą ściółkę naraz, wymazujesz tę mapę. Z perspektywy chomika to odpowiednik przebudzenia się w obcym mieście, gdzie wszystkie ulice wyglądają tak samo i żaden zapach nie jest znajomy.

Reakcja fizjologiczna jest mierzalna. Badania na gryzoniach wykazują, że przeniesienie do czystej klatki powoduje przejściowy wzrost poziomu kortykosteronu - hormonu stresu. U myszy naukowcy zaobserwowali, że po zmianie klatki samce reagują zwiększoną aktywnością i agresją, a u samic w okresie rozrodczym wzrasta śmiertelność młodych i przypadki kanibalizmu. Czysta klatka, pozbawiona znaczników zapachowych, burzy hierarchię społeczną i orientację przestrzenną.

Dlatego doświadczeni opiekunowie nigdy nie wymieniają całej ściółki naraz. Zamiast tego stosują czyszczenie punktowe - usuwają zabrudzone miejsca, zostawiając resztę nienaruszoną. Niektórzy dzielą klatkę na sekcje i czyszczą jedną co kilka tygodni, tak by zawsze pozostała część „mapy”. Inni mieszają garść starej ściółki ze świeżą, przenosząc zapach do nowego podłoża.

To nie jest kwestia lenistwa. To kwestia zrozumienia, że dla zwierzęcia żyjącego nosem czystość ma inną definicję niż dla nas.

Anteny, które mierzą świat

Wróćmy jeszcze raz do eksperymentu z klifem. Vauclair odkrył, że gdy chomikom odebrano słuch, radziły sobie gorzej, ale nadal lepiej niż losowo. Dopiero gdy odebrano im jednocześnie słuch i dotyk - przez skrócenie wibrysów - zaczęły wybierać stronę zupełnie przypadkowo.

Wibrysy chomika to nie są zwykłe włosy. Każdy z nich wyrasta z mieszka włosowego otoczonego zatoką wypełnioną krwią (tzw. sinus krwionośny) i gęstą siecią zakończeń nerwowych. U gryzoni każdy pojedynczy wibrys obsługuje od 100 do 200 włókien nerwowych - więcej niż cały ludzki palec.

Kiedy wibrys ugina się, nawet o ułamek milimetra, zmienia ciśnienie w zatoce krwionośnej. Zakończenia nerwowe natychmiast to rejestrują i wysyłają sygnał do mózgu. Cały proces trwa milisekundy. To system tak czuły, że pozwala wykryć ruch powietrza wywołany otwarciem drzwi po drugiej stronie pokoju.

W naturalnych warunkach wibrysy pełnią kilka funkcji. Pozwalają ocenić szerokość przejścia bez wchodzenia w nie - chomik „skanuje” otwór, przesuwając wąsami z boku na bok. Pozwalają wykryć przeszkodę w całkowitej ciemności. Pozwalają badać teksturę i kształt nowych przedmiotów bez narażania wrażliwszych części ciała, jak oczy czy nos.

Ale najciekawsze jest to, czego Vauclair nie wiedział w 1984 roku, a co odkryto dopiero w ostatnich latach. Wibrysy dostarczają informacji proprioceptywnych - czyli informacji o położeniu ciała w przestrzeni. Chomik „wie”, gdzie są jego wibrysy, podobnie jak ty wiesz, gdzie są twoje palce, nawet z zamkniętymi oczami. Kiedy wibrys dotyka ściany, mózg oblicza odległość do ściany na podstawie kąta ugięcia wibrysa i jego pozycji względem głowy.

To wyjaśnia, dlaczego chomiki z przyciętymi wibrysami są niezdarne, potykają się, wpadają na przeszkody, źle oceniają odległości. Pozbawiono je nie tylko dotyku, ale swoistego „szóstego zmysłu” orientacji przestrzennej.

Smak, który oszukuje

W 1998 roku Vicktoria Danilova i Göran Hellekant z Uniwersytetu Wisconsin opublikowali wyniki badania, które powinno dać do myślenia każdemu, kto karmi chomika „ludzkimi” przysmakami.

Naukowcy testowali reakcje chomików na trzydzieści substancji uznawanych przez ludzi za słodkie. Używali trzech metod: rejestracji aktywności pojedynczych włókien nerwowych z nerwu bębenkowego (tego, który przekazuje informacje smakowe z języka do mózgu), testów preferencji dwubutelkowych (chomik wybiera między dwiema butelkami) oraz testów awersji warunkowanej (chomik uczy się kojarzyć smak z nudnościami i potem go unika).

Wyniki były zdumiewające. Z 26 substancji, które ludzie oceniają jako słodkie, aż 11 było dla chomików albo neutralnych, albo wręcz nieprzyjemnych. Aspartam - nie smakuje. Taumatyna - nie smakuje. Superaspartam - nie smakuje. Te słodziki, powszechnie dodawane do ludzkich produktów, dla chomika nie mają słodkiego smaku.

Ale naturalne cukry - sacharoza, fruktoza, glukoza - wywoływały silną reakcję. Podobnie sacharyna i acesulfam K. To ma ewolucyjny sens: chomik wykształcił smak na substancje, które rzeczywiście występują w jego naturalnym środowisku, nie na syntetyczne słodziki wynalezione w XX wieku.

Z drugiej strony, gorycz wyzwalała natychmiastową, charakterystyczną reakcję awersyjną. Przy podaniu chininy - klasycznego bodźca gorzkiego - chomiki otwierały szeroko pysk (tzw. gaping), pocierały podbródek o podłoże, machały przednimi łapkami, próbowały wyrzucić substancję. To wrodzona reakcja obronna: w naturze gorycz często oznacza alkaloidy i inne toksyny roślinne.

Problem w tym, że system smakowy chomika jest brutalnie prosty: słodkie znaczy dobre, gorzkie znaczy złe. Nie ma hamulca, który mówiłby „wystarczy”. W środowisku naturalnym, gdzie pożywienie jest rozproszone i trudno dostępne, ta strategia ma sens - zjedz tyle, ile możesz, bo nie wiesz, kiedy znajdziesz następny posiłek. W niewoli, gdzie miska jest zawsze pełna, prowadzi do otyłości.

Zwierzę, które słyszy ciszę

W 1997 i 1999 roku Rolf Gattermann z Uniwersytetu w Halle poprowadził dwie ekspedycje do północnej Syrii, w okolice Aleppo - ostatniego znanego bastionem dzikich chomików syryjskich. Jego zespół zmapował trzydzieści nor i szczegółowo zbadał strukturę dwudziestu trzech z nich.

To, co znaleźli, tłumaczy wiele.

Nory sięgały od 36 do 106 centymetrów w głąb ziemi, ze średnią głębokością 65 centymetrów. Średnia długość całego systemu korytarzy wynosiła dwa metry, ale niektóre rozciągały się na dziewięć metrów. Każda nora miała pionowy wlot - tak zwaną rurę grawitacyjną - prowadzący do komory gniazdowej i co najmniej jednej komory magazynowej na zapasy. Żadna zamieszkana nora nie zawierała więcej niż jednego dorosłego osobnika. Najmniejsza odległość między zamieszkałymi norami wynosiła 118 metrów.

Wyobraź sobie to środowisko. Sześćdziesiąt centymetrów pod powierzchnią syryjskiego stepu. Temperatura stabilna przez cały rok - chłodna latem, ciepła zimą. Absolutna ciemność. Cisza przerwana tylko własnymi ruchami i odległym dudnieniem kroków nad głową. To jest świat, do którego ewoluował chomik przez miliony lat. Świat bez światła.

I tu wracamy do eksperymentu Vauclairea z 1984 roku. Chomiki testowane w całkowitej ciemności nie tylko wybierały bezpieczną stronę klifu - robiły to szybciej niż chomiki testowane przy świetle. Jakby ciemność, paradoksalnie, ułatwiała im orientację. Vauclair zaproponował wyjaśnienie: w ciemności chomik w pełni polega na słuchu i dotyku - zmysłach, do których jest ewolucyjnie przystosowany. Przy świetle próbuje używać wzroku, który jest słaby i zawodny, i to go dezorientuje. Światło jest dla chomika szumem informacyjnym.

W 2013 roku Tracy Bedrosian i jej zespół z Ohio State University odkryli, że zaledwie pięć luksów światła w nocy - równowartość słabej nocnej lampki z odległości dwóch metrów - wystarczy, by zaburzyć naturalny dobowy rytm hormonów stresu u chomików syberyjskich (Phodopus sungorus). Choć badanie dotyczyło innego gatunku, mechanizmy reakcji na światło są podobne u wszystkich nocnych gryzoni. Dla porównania: typowy oświetlony pokój to 300-500 luksów. Inne badania wykazały, że gryzonie nocne są ponad stukrotnie bardziej wrażliwe na światło niż ludzie, jeśli chodzi o tłumienie wydzielania melatoniny. Nawet 0,2 luksa - poziom praktycznie niewidoczny dla ludzkiego oka - może zaburzyć ich rytmy dobowe.

Co więcej, światło w nocy wywołuje u chomików bezpośrednią reakcję stresową. Badania na Uniwersytecie Michigan wykazały, że jednogodzinna ekspozycja na światło podczas fazy aktywności powoduje wzrost temperatury mózgu i temperatury wewnętrznej ciała - klasyczne objawy pobudzenia układu współczulnego, tej samej reakcji, którą wywołuje obecność drapieżnika.

To ma głębokie implikacje dla każdego, kto trzyma chomika w sypialni z włączonym telewizorem, w salonie z lampą nocną, czy w pokoju dziecięcym, gdzie światło z korytarza sączy się przez szparę pod drzwiami.

Chomik nie tylko toleruje ciemność - on jej potrzebuje. Jego mózg jest skalibrowany do środowiska, w którym wzrok jest bezużyteczny, a przetrwanie zależy od słuchu, węchu i dotyku. Kiedy trzymamy go w jasno oświetlonym pokoju, zmuszamy go do życia w warunkach, do których nie jest przystosowany. To jakby zmusić człowieka do życia w nieustannym, chaotycznym hałasie - można się przyzwyczaić, ale kosztem chronicznego stresu, zaburzonego snu i osłabionej odporności.

Dlatego najlepszym miejscem dla klatki chomika jest cichy kąt, z dala od okna, z dala od telewizora, z dala od nocnych lampek. Miejsce, gdzie noc jest naprawdę nocą. Gdzie cisza jest naprawdę ciszą. Gdzie chomik może wreszcie usłyszeć świat tak, jak ewolucja go zaprojektowała.

Świat, którego nie widzimy

Co to wszystko oznacza dla chomika siedzącego w klatce w twoim pokoju?

Oznacza, że żyje w świecie, którego nawet nie potrafisz sobie wyobrazić. Widzi rozmazane cienie i ruch, ale nie twarze i kolory. Słyszy ultradźwięki z urządzeń elektronicznych, które dla ciebie są niesłyszalne. Oddycha powietrzem nasyconym informacjami - kto tędy przechodził, kiedy, w jakim był nastroju. Mierzy przestrzeń antenami tak czułymi, że wykrywają drgania powietrza.

Kiedy podchodzisz do klatki szybkim krokiem, z góry, z ostrym światłem za plecami - dla chomika jesteś atakującym drapieżnikiem. Kiedy krzyczysz do dziecka w sąsiednim pokoju - generujesz hałas, który wypełnia świat chomika. Kiedy myjesz ręce nowym mydłem i sięgasz do klatki - jesteś częściowo obcym osobnikiem.

Ale jest też druga strona. Kiedy mówisz cicho, spokojnie, konsekwentnie - twój głos staje się rozpoznawalny, kojący. Kiedy pozwalasz chomikowi powąchać twoje dłonie zanim go dotkniesz - dajesz mu informacje, których potrzebuje do identyfikacji. Kiedy zapewniasz ciszę, ciemność do spania, stabilność zapachową - tworzysz środowisko, w którym jego wyrafinowane zmysły mogą działać tak, jak ewolucja je zaprojektowała.

I może wtedy, w tym małym gryzoniu, zobaczysz echo tych dzikich przodków z syryjskich stepów, którzy nawet w najczarniejszą noc wiedzieli dokładnie, gdzie są i co ich otacza.

Źródła

1. Williams GA, Jacobs GH. (2008). Absence of functional short-wavelength sensitive cone pigments in hamsters (Mesocricetus). Journal of Comparative Physiology A 194(5):429-439.
2. Calderone JB, Jacobs GH. (1999). Cone receptor variations and their functional consequences in two species of hamster. Visual Neuroscience 16(1):53-63.
3. Vauclair J, Emmanuelli E, Etienne AS. (1984). Sensory modalities in depth perception by golden hamsters. Perceptual and Motor Skills 58(1):291-298.
4. Fernández-Vargas M, et al. (2015). Ultrasonic vocalizations in golden hamsters (Mesocricetus auratus) reveal modest sex differences and nonlinear signals of sexual motivation. PLOS ONE 10(2):e0116789.
5. Johnston RE. (2003). Chemical communication in rodents: from pheromones to individual recognition. Journal of Mammalogy 84(4):1141-1162.
6. Danilova V, Hellekant G, Tinti JM, Nofre C. (1998). Gustatory responses of the hamster Mesocricetus auratus to various compounds considered sweet by humans. Journal of Neurophysiology 80(4):2102-2112.
7. Schneider N, Fritzsche P. (2011). Isolation calls and retrieving behavior in laboratory and wild-derived golden hamsters. Mammalian Biology 76(5):549-554.
8. Yu SH, Kim HJ, Lee KP, Lee ES, Lee JY, Jeon CJ. (2009). Populations of rod and cone photoreceptors in the hamster retina. Korean Journal of Microscopy 39(4):291-299.
9. Bedrosian TA, Galan A, Vaughn CA, Weil ZM, Nelson RJ. (2013). Light at night alters daily patterns of cortisol and clock proteins in female Siberian hamsters. Journal of Neuroendocrinology 25(6):590-596.
10. Veillette M, Reebs SG. (2010). Preference of Syrian hamsters to nest in old versus new bedding. Applied Animal Behaviour Science 125(3-4):189-194.