• Добавить в закладки
  • Facebook
  • Twitter
  • Telegram
  • VK
  • Печать
  • Email
  • Скопировать ссылку
24 июля
Редакция Naked Science
5
52 627

Зов темной глубины

6.2

Крупные морские хищники часто ныряют в холодные и темные водные глубины. Но зачем они это делают и чем они там занимаются? Научная журналистка Стефани Пейн в своей статье для издания Knowable Magazine рассказывает, как сами животные помогают биологам это выяснить.

Китовая акула на небольшой глубине, Мальдивы / © Sebastian Pena Lambarri, Unsplash

Это описывается только одним словом: неописуемо. «Это одно из тех удивительных ощущений, которые невозможно выразить словами», — уверяет эколог Саймон Торролд. Он пытается объяснить, каково это — нырнуть в океан, чтобы прикрепить метку на китовую акулу, самую большую из рыб Мирового океана. «Каждый раз я чувствую мощный прилив адреналина, — говорит он. — С одной стороны, это, конечно, научная задача. Но с другой — это человеческий интерес, чувство благоговения перед природой и огромными животными».

Китовые акулы — одна из нескольких групп морских животных, которых Торролд и его коллеги из Океанографического института в Вудс-Хоул (Массачусетс, США) используют в научной работе. Рыбы с электронными метками, включающими в себя датчики, устройства слежения, а иногда и миниатюрные камеры, собирают ценную информацию в местах, труднодоступных для человека. С их помощью ученые узнали об удивительных путешествиях по океанам и о том, что морские хищники часто совершают глубоководные погружения.

Многие погружаются на сотни, порой на тысячи метров — на глубину, где вода холодна и бедна кислородом, где практически нет света, если не считать мерцания биолюминесцентных организмов, где давление так велико, что при всплытии некоторые животные могут погибнуть от кессонной болезни.

Чтобы чувствовать себя вольготно на таких глубинах, ныряющие виды приобрели множество полезных приспособлений, например толстую прослойку жира, кровеносные сосуды, работающие как система теплообмена, коллапсирующие (то есть сильно уменьшающиеся в объеме) легкие, мышцы, эффективно запасающие кислород, сверхчувствительные глаза и прочее. Но что заставило хищников обзавестись всеми этими замечательными приспособлениями?

Для большинства биологов ответ очевиден: потребность в пище. Однако это оказалось крайне трудно доказать. После нескольких десятилетий исследований ученые получили много косвенных подтверждений того, что крупные хищники ныряют в глубины именно за добычей. Но к сегодняшнему дню удалось понаблюдать непосредственно за охотой всего одного большого млекопитающего. Северный морской слон (Mirounga angustirostris) стал чем-то вроде суперзвезды благодаря серии короткометражных фильмов, где главную роль сыграли его усы, а второстепенные — глубоководные рыбы и кальмары.

Между тем обилие пищи — далеко не единственная притягательная сторона морских глубин, говорит Торролд. Поведение животных бывает очень разным: одни ныряют по многу раз в час, другие лишь время от времени. Большинство погружаются на глубины 200-1000 метров, в зону, называемую мезопелагической, или сумеречной; другие опускаются гораздо глубже. Бывают быстрые погружения и такие же быстрые всплытия, бывают погружения длительные, медленные. «Тот факт, что одни и те же особи в разное время совершают разные виды погружений, — говорит Торролд, — с очевидностью доказывает, что они преследуют разные цели». Существует несколько предположений о том, что это за цели. В слабоосвещенных холодных глубинах можно скрываться от хищников, охлаждать тело, искать ориентиры для навигации; глубокие воды могут быть даже каналом связи на дальние расстояния. «Все эти идеи проверяются, — говорит Торролд. — Ни один из вариантов не исключен, это значит лишь то, что многие пелагические животные еще недостаточно изучены».

Коллаж: © Олег Сендюрев. Фото: Kanko* (cc by), Citron (cc by-sa 3.0), NOAA, USFWS, Elias Levy (cc by), Gabriel Barathieu (cc by-sa), B.navez (cc by-sa), FGBNMS / Eckert, Cape Hatteras National Seashore, Biodiversity Heritage Library

Добро пожаловать в глубоководный ресторан

Глубоководные погружения присущи почти всем видам морских позвоночных — как крупным костистым рыбам (вроде тунца или меч-рыбы), так и хрящевым (акулам и скатам). То же свойственно животным, которые дышат атмосферным воздухом, — пингвинам, морским черепахам, зубатым китам и тюленям; все они способны достигать значительных глубин на одном вдохе.

Большинство погружается в сумеречную зону, где падающий сверху свет почти сходит на нет. Некоторые опускаются во тьму полуночной, или батипелагической, зоны — область на глубине от 1000 до 4000 метров. На сегодня ныряльщиком-рекордсменом считается клюворыл Кювье: в 2014 году у побережья Южной Калифорнии помеченное животное достигло глубины 2992 метра. Рекорд среди рыб принадлежит китовой акуле, которая в Мексиканском заливе в 2010 году погрузилась на 1928 метров.

Раньше биологи и не подозревали, какое богатство могут таить морские глубины. В XIX веке считалось, что редкие существа обитают ниже отметки 500 метров. Однако в 1940-х годах гидролокаторы американских ВМС обнаружили звукорассеивающий слой, зону со множеством мезопелагических организмов. Этот насыщенный пищей слой передвигался вверх и вниз: ночью рыбы и крошечные беспозвоночные мигрировали к поверхности, чтобы покормиться, а днем ​​отступали в более безопасные глубины.

Сумеречная зона оказалась неожиданно богатой кладовой, изобилующей причудливыми желеобразными существами, мясистыми кальмарами, питательными светящимися анчоусами, а также гоностомовыми, которые считаются самыми многочисленными позвоночными на планете. В 1980 году ихтиологи, изучая содержимое рыболовецких сетей, оценили глобальную биомассу мезопелагических рыб в миллиард тонн. В 2014 году акустические исследования океана дали цифру в десять раз большую.

Число существ, обитающих в холодных глубинах полуночного пояса, пока не оценивалось, но при исследованиях в районе Срединно-Атлантического хребта в этих слоях обнаружилось еще больше потенциальной добычи. «Если там столько биомассы, имеет смысл нырять туда за кормом», — говорит Торролд. До недавнего времени доказательства глубинного кормодобывания были косвенными. В желудках тунцов, меч-рыб и синих акул обнаруживали мезопелагических рыб, кальмаров и ракообразных; желудки кашалотов содержали неперевариваемые клювы глубоководных кальмаров, в том числе гигантского Architeuthis. Исследования с мечеными животными неизменно указывали на присутствие хищников и жертв в одно и то же время в одном и том же месте. Они свидетельствовали также, что крупные рыбы и млекопитающие периодически ныряют в звукорассеивающий слой и опускаются глубже в дневное время, когда потенциальная добыча мигрирует в нижележащие зоны. Некоторые тунцы и меч-рыбы с точностью отслеживают суточные перемещения добычи.

Рыбак со свежевыловленным тунцом / © Tommy Schultz for USAID

С развитием более совершенных меток биологи составляют более подробное представление о том, зачем животные спускаются в океанские глубины. Хитроумные технические устройства, прикрепленные к плавникам, ластам, головам и челюстям, месяцами собирают и хранят широкий спектр научных данных. Метки с датчиками давления, температуры и освещенности позволяют исследователям реконструировать движение животных в воде, а также отслеживать глубину и характер погружений. В последние годы появились акселерометры, регистрирующие повороты головы, датчики, фиксирующие движение челюстей, гидрофоны и даже видеокамеры, которые сами включаются только в нужные моменты.

Держите голову в холоде 

Некоторые сведения о пищевых привычках морских животных пришли с самых неожиданных сторон, например от чилийского орлякового ската Mobula tarapacana, огромной рыбы с почти четырехметровым «размахом крыльев». Этих скатов часто наблюдают в поверхностных водах, где они греются на солнце.

Желая больше узнать об их образе жизни, Торролд и его коллеги совершили две экспедиции на Азорские острова, где Mobula tarapacana каждый год на несколько месяцев собираются в больших количествах у подводной горы Принцессы Алисы. В 2011 году команда пометила четырех скатов, в 2012 году — 11. Метки регистрировали поведение этих рыб в течение пяти месяцев, после чего данные были переправлены в Вудс-Хоул.

Результаты впечатлили: скаты не только с потрясающей скоростью преодолевали расстояния в тысячи километров, но и погружались под воду более чем на 1000 метров. Рекорд глубины составил 1896 метров. Солнцелюбивые, обитающие у поверхности воды скаты оказались глубоко ныряющими рыбами, и все указывает на то, что в глубину их влечет обилие пищи.

Обычно скаты погружались поэтапно. «Они опускаются на некоторую глубину, замедляются, немного всплывают, снова замедляются и так далее, — говорит Торролд. — Если посмотреть на сонар, то они останавливаются там, где находятся тонкие, но плотные слои пищи. Нам не удалось рассмотреть, что в точности они делают, но этот факт убедительно свидетельствует, что они добывают там пропитание».

Это объясняет, почему у Mobula tarapacana в полости мозга сформировалась хорошо развитая сеть кровеносных сосудов, похожая на ту, которой обладают некоторые глубоководные акулы. Она функционирует как система теплообмена, предотвращая переохлаждение мозга. Биологи давно задавались вопросом, зачем он нужен рыбе, которая обитает в согретых солнцем верхних слоях океана. «Это еще одно доказательство того, что скаты добывают пищу на глубине и им необходимо поддерживать активность мозга и органов чувств в холодных водах», — говорит Торролд.

А солнечные ванны, по мнению Торролда, помогают согреться в промежутках между погружениями.

Поведение меченых акул также дает основания полагать, что на глубине они охотятся за добычей. Большую часть наших знаний об акулах мы приобрели в ходе исследований в прибрежных водах, между тем многие виды акул мигрируют на огромные расстояния через открытый океан. Вдали от берегов, изобилующих тюленями, добыча становится более редкой, рассредоточенной. Как же большие акулы находят себе еду?

© Robert Snow, OCEARCH

Исследования показывают, что некоторые из них применяют умную стратегию, чтобы получить доступ к самому большому в океане источнику пищи. Данные о двух больших белых акулах и 15 синих акулах, странствующих по Северной Атлантике, свидетельствуют, что они используют массы воды, отрывающиеся от Гольфстрима. Водовороты у северной кромки Гольфстрима забирают более теплую воду с юга. Вихри, образующиеся с его южной окраины, содержат прохладную воду. И белые, и синие акулы отдавали предпочтение теплым водоворотам.

Акустические исследования показали, что в теплых водоворотах плотность мезопелагической добычи выше. А в аномально теплой воде, на участках длиной сотни метров, акулы могут кормиться гораздо дольше. В теплых водоворотах акулы имеют доступ к более глубоководной пище.

Звук и видео

Животные, снабженные не просто метками, а метками с дополнительными функциями, предоставляют наиболее убедительные доказательства того, что экстремальное ныряние развилось у морских хищников именно ради получения доступа к богатым источникам пищи.

В случае с короткоплавниковой гриндой (Globicephala macrorhynchus) было использовано звукозаписывающее устройство. Во время охоты эти дельфины издают щелчки и прислушиваются к тому, как они эхом отражаются от добычи. Когда гринда приближается к цели, щелчки следуют один за другим так быстро, что сливаются в треск. Наташа Агилар де Сото, морской биолог из Университета Ла-Лагуна (Канарские острова, Испания), решила подслушать дельфинов во время погружений и оснастила звукозаписывающими метками 23 особи.

Дельфины ныряли на глубину максимум до 1019 метров, щелкая на ходу. Вблизи самой глубокой точки щелчки превращались в треск — это означало, что дельфин вот-вот начнет атаку. При самых глубоких погружениях, прежде чем затрещать, гринда совершала мощный рывок. Агилар де Сото считает это погоней за ускользающей добычей, причем достаточно большой, чтобы не жалко было потратить последние запасы кислорода в легких. Это мог быть чешуйчатый кальмар Гримальди (достигающий метра в длину плюс щупальца) или гигантский кальмар (до 10 и более метров).

Звуки охоты — вещь убедительная, но еще не доказательство. «Мы должны видеть воочию, что именно хищники делают на глубине», — говорит Торролд. А пока биологам приходится довольствоваться короткими фрагментами фильма, снятого северным морским слоном.

Отличными помощниками ученых стали самки северных морских слонов, живущих в колонии в парке Аньо-Нуэво (Калифорния, США). Биологи из Калифорнийского университета в Санта-Крус проводят там исследования уже более полувека. Преимущество морских слонов Аньо-Нуэво в том, что они доступны: представители этого вида выходят на сушу зимой, чтобы рожать детенышей и спариваться, а весной или летом — чтобы линять.

В промежутках самцы остаются в прибрежных водах, а самки мигрируют на тысячи километров через Тихий океан и обратно, по пути постоянно совершая глубоководные погружения. На тюленей гораздо проще устанавливать метки, чем, скажем, на больших белых акул, тем более здешние опытные ветеринары всегда готовы помочь. «Все же это может быть опасно, — говорит японский биолог Тайки Адати, работающий с тюленями более десяти лет и сотрудничающий с Калифорнийским университетом. — Это животные крупные и агрессивные, особенно в период размножения, когда самки защищают детенышей, а самцы — свой гарем». 

Адати сообщал недавно, что мигрирующие самки ныряют по двадцать с лишним часов в сутки. «Они в основном погружаются на глубину от 400 до 600 метров, где много мелкой рыбы, особенно светящихся анчоусов, богатых жирами», — говорит он. Иногда они уходят глубже, на 800 и более метров. Максимальное погружение для этого вида составило 1735 метров.

Коллега Адати Ясухико Найто из Японского национального института полярных исследований разработал оригинальный датчик движения челюстей, который регистрирует попытки морского слона схватить добычу в воде. Устройство, прикрепленное к нижней челюсти, фиксировало от 1000 до 2000 таких попыток в день. Решающей, однако, стала другая инновация Найто: умная видеометка, которая крепится к челюсти или голове животного. Камера и вспышка активируются только на глубине и только когда слон совершает движения, характерные для атаки. Эта система максимально использует ограниченный заряд батареи.

Самки северных морских слонов (Mirounga angustirostris) на пляже в государственном парке Аньо-Нуэво, округ Сан-Матео, Калифорния / © Frank Schulenburg

Первые селфи морского слона, опубликованные в 2017 году, поведали о том, как тюлень пытается поймать рыбу на глубине 800 метров. На 21 нечетком изображении заметны части существа, которое позже было определено как крупная глубоководная рыба-тряпка. С помощью нескольких слонов с камерами команда в итоге получила 48 часов видеозаписи с глубины от 240 до более 1000 метров, где было зафиксировано почти 700 атак. Качество съемки оказалось достаточно высоким, чтобы определить не только тип добычи, но в некоторых случаях и вид. Она включала в себя небольшого светящегося анчоуса, рыбу-тряпку и одну из разновидностей хека, а также полдюжины разных кальмаров.

Места большей безопасности

Но существуют свидетельства, что животные ныряют не только за пищей. Погружения, особенно глубокие, служат и другим целям, например бегству от грозных хищников.

Взять хоть желтоперого тунца (Thunnus albacares), который проводит большую часть времени на глубине менее 200 метров. В 2020 году биолог Тим Лам из Массачусетского университета в Бостоне сообщал, что шесть из 17 тунцов, которых он пометил вблизи Гавайских островов, столкнулись с хищниками. Четыре нырнули в глубину — из них три примерно на 1000 метров, — а затем потеряли метки. Возможно, предполагает Лам, это случилось из-за того, что тунцы сильно маневрировали, пытаясь скрыться. Пятый тунец резко снизился со 134 до 1592 метров, этот рывок тоже интерпретировали как попытку убежать от врага. Когда он поднялся к поверхности, то, похоже, очень нервничал и провел целый день в верхних слоях, прежде чем пришел в себя.

Одному тунцу уйти не удалось: данные с его метки показали, что он достиг глубины 326 метров, после чего все вдруг потемнело и поднялась температура среды, вероятно, потому, что он оказался в желудке малой косатки или короткоплавниковой гринды.

Морские слоны, по-видимому, тоже используют сумрачные глубины, чтобы спасаться от врагов. Считается, что самой частой причиной их смерти становятся нападения акул и косаток в открытом море, говорит эколог-физиолог Роксана Белтран, участница программы по изучению морских слонов в Аньо-Нуэво. «Но мы видим, что многие из них выбираются на берег со свежими или застарелыми ранами от акульих укусов, поэтому, очевидно, от хищников можно ускользнуть». 

Один из способов — уйти вниз. Одно из первых свидетельств тому, что тюлени поступают именно так, появилось более десяти лет назад при опробовании новой метки. В рамках изучения воздействий подводного шума биоакустик Селена Фрегоси из Орегонского государственного университета оснастила молодых морских слонов в Аньо-Нуэво прототипом метки, воспроизводящей различные звуки, чтобы посмотреть, как тюлени будут на них реагировать. В плейлист вошли эхолокационные щелчки и свисты косаток и кашалотов. Если тюлень уже нырял, то эти звуки заставляли его ускоряться; если он поднимался к поверхности, то сразу поворачивал обратно и нырял глубже, в одном из случаев почти удвоив первоначальную глубину.

В прошлом году Белтран и ее коллеги сообщили, что морские слоны не только убегают в темноту от хищников, но и отдыхают там. Они делают короткий перерыв в кормлении и дрейфуют в течение 10-20 минут. Белтран обнаружила, что они предпочитают отдыхать на глубине нескольких сотен метров. И чем упитаннее слоны становятся, тем глубже они уходят вниз для безопасности.

Какие еще могут быть причины для погружения?

Нужды навигации. Почти все крупные морские хищники время от времени мигрируют на большие расстояния. Известно, что некоторые виды, в том числе акулы и черепахи, способны чувствовать сигналы, исходящие от магнитного поля Земли, ощущать градиенты его напряженности и аномалии, создаваемые геологическими объектами, например подводными горами. «Животные, способные это чувствовать, могут заныривать глубже, где сигналы сильнее», — говорит Торролд. Кожистые черепахи совершают экстремальные погружения только во время длительных миграций. Это позволяет предположить, что таким образом они проверяют, на правильном ли они пути. Считается, что акулы-молоты в Калифорнийском заливе находят путь к подводным горам и обратно, используя местный магнитный «ландшафт».

Стая молотоголовых акул возле острова Кокос (Коста-Рика) / © Xvic

И есть один пример животного, которое ныряет, чтобы охладиться. Атлантический голубой тунец каждый год проводит по несколько месяцев в холодных водах умеренного пояса. Он выработал эффективный способ поддержания тепла своего тела, но нерестится он в субтропическом Мексиканском заливе, где это тепло становится излишним. Чтобы избежать перегрева, тунец, входя в залив и покидая его, погружается ниже 500 метров и во время нереста не поднимается выше 200 метров.

Морские глубины, наконец, — идеальное место для беседы. В зоне, простирающейся на глубине от нескольких сотен метров до тысячи, звук распространяется на большее расстояние. В этой зоне голоса синих китов и финвалов слышны, по оценкам, за 1700 километров, хотя неизвестно, отправляются ли они туда именно с целью общения.

«Мы очень многого еще не знаем, несмотря на все технологии, которые стали доступны нам в последние 20 лет», — говорит Торролд. Ряд технических идей только ждет своего воплощения. Торролд с коллегами тестирует прототип метки, которая может с большей точностью определять положение животного в толще воды. Желательно иметь также метки, сразу отбирающие релевантные данные из огромного объема материалов, полученных в течение многих месяцев в море.

Но в начале списка желаний биологов находятся маленькие умные камеры. Если морские слоны могут снимать фильмы, то почему бы этим не заняться и другим крупным хищникам? «Нам нужны камеры достаточно маленькие, чтобы устанавливать их на тунца, акулу или меч-рыбу, — говорит Торролд. — Они должны быть миниатюрными, но с высоким разрешением, способными работать при низком уровне освещенности и регистрировать данные во время длительных путешествий животных по просторам океанов».

Словом, лучше один раз увидеть. Да и кто откажется посмотреть домашнее видео большой белой акулы?

В подготовке текста принимал участие Степан Задорожный. Эссе публикуется с сокращениями. Источник: Knowable Magazine.

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
Подписывайтесь на нас в Telegram, Яндекс.Новостях и VK
5 часов назад
Ольга Иванова

Большой эксперимент американских ученых показал: когда человек осознает, что у него осталось мало времени на какое-либо действие, например поужинать в ресторане во время путешествия, или до конца жизни в принципе, он предпочтет хорошо знакомые места новым.

9 часов назад
Мария Азарова

Лауреатов выбрал Норвежский нобелевский комитет из пяти человек, назначаемых парламентом Норвегии.

Вчера, 08:24
Даниил Кузнецов

К осени 2022 года редакция Naked Science осмотрелась вокруг и решила, что настала пора запустить цикл статей об искусственном интеллекте. Мы начинаем с большой статьи, подзаголовком которой могла бы стать фраза «краткое введение в историю ИИ — от средневековых монахов до глубокого обучения».

1 октября
Сергей Васильев

Моделирование указало, как менялся путь формирования и распада суперконтинентов на протяжении истории Земли. Это позволило ученым предсказать, как и где образуется следующий из них, снова объединив практически всю сушу планеты.

3 октября
Ольга Иванова

Американские исследователи узнали, что продолжительность жизни пенсионеров зависит не столько от наличия у них хронических заболеваний, сколько от таких простых факторов, как возможность ходить в магазин за продуктами, выполнять уборку в доме, показатели мелких частиц холестерина в крови и вредные привычки, которые они имели ранее.

2 октября
Редакция

Итальянский ботаник Стефано Манкузо — о преимуществах естественных отношений и о том, что бывает, когда люди нарушают хрупкое равновесие между биологическими видами. Naked Science печатает отрывок из книги Манкузо La nazione delle piante («Нация растений»).

16 сентября
Алиса Гаджиева

Геродот в своей «Истории» утверждал, что блоки для пирамиды Хеопса и соседних пирамид доставляли по воде. Но сегодня от Нила до пирамид слишком далеко. Исследование кернов, взятых в пойме реки, позволило понять, как именно решался сложнейший вопрос транспортировки такого строительного материала.

15 сентября
Никита Логинов

Светодиоды потребляют намного меньше энергии, чем традиционные газоразрядные лампы, что должно сократить парниковые выбросы. Но при этом светодиодное освещение угрожает здоровью жителей и разрушает местные экосистемы в городах и селах.

1 октября
Сергей Васильев

Моделирование указало, как менялся путь формирования и распада суперконтинентов на протяжении истории Земли. Это позволило ученым предсказать, как и где образуется следующий из них, снова объединив практически всю сушу планеты.

[miniorange_social_login]

Комментарии

5 Комментариев

Комментарий удален пользователем или модератором...
Подтвердить?
Подтвердить?
Не получилось опубликовать!

Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.

Понятно
Жалоба отправлена

Мы обязательно проверим комментарий и
при необходимости примем меры.

Спасибо
Аккаунт заблокирован!

Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.

Понятно
Что-то пошло не так!

Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.

Понятно
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.
Ваша заявка получена

Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно
Ваше сообщение получено

Мы скоро прочитаем его и свяжемся с Вами по указанной почте. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: