Navigation is a critical ability for animal survival and is important for food foraging, finding shelter, seeking mates and a variety of other behaviors. Given their fundamental role and universal function in the animal kingdom, it makes sense to explore whether space representation and navigation mechanisms are dependent on the species, ecological system, brain structures, or whether they share general and universal properties. One way to explore this issue behaviorally is by domain transfer methodology, where one species is embedded in another species' environment and must cope with an otherwise familiar (in our case, navigation) task. Here we push this idea to the limit by studying the navigation ability of a fish in a terrestrial environment. For this purpose, we trained goldfish to use a Fish Operated Vehicle (FOV), a wheeled terrestrial platform that reacts to the fish's movement characteristics, location and orientation in its water tank to change the vehicle's; i.e., the water tank's, position in the arena. The fish were tasked to "drive" the FOV towards a visual target in the terrestrial environment, which was observable through the walls of the tank, and indeed were able to operate the vehicle, explore the new environment, and reach the target regardless of the starting point, all while avoiding dead-ends and correcting location inaccuracies. These results demonstrate how a fish was able to transfer its space representation and navigation skills to a wholly different terrestrial environment, thus supporting the hypothesis that the former possess a universal quality that is species-independent.

Abstract Teleost fish form the largest group of vertebrates, making them critically important for the study on the mechanisms of brain evolution. In fact, teleosts show a tremendous variety of adaptive behaviors similar to birds and mammals, however, the neural basis mediating these behaviors remains elusive. We performed a systematic comparative survey of the goldfish telencephalon; the seat of plastic behavior, learning and memory in vertebrates. We delineated and mapped goldfish telencephalon cell types using single-cell RNA-seq and spatial transcriptomics, resulting in de novo molecular neuroanatomy parcellation. Glial cells were highly conserved across 450 million years of evolution separating mouse and goldfish, while neurons showed diversity and modularity in gene expression. Specifically, somatostatin (SST) interneurons, famously interspersed in the mammalian isocortex for local inhibitory input, were curiously aggregated in a single goldfish telencephalon nucleus, but molecularly conserved. Cerebral nuclei including the striatum, a hub for motivated behavior in amniotes, had molecularly and spatially conserved goldfish homologues. We further suggest different elements of a hippocampal formation across the goldfish pallium. Together, our atlas provides new insights to organization and evolution of vertebrate forebrains and may serve as a resource for the functional study underlying cognition in teleost fish. Teaser Detailed mapping of goldfish forebrain cells unwraps how 450 million years of evolution may have impacted brain function