Текст книги "100 великих тайн океана"

Загадки морского «бокала»

Нет, наверное, на Земле такого растительного или животного вида, который не обладал бы какой-то оригинальной особенностью, своего рода изюминкой. Одни восхищают нас своим поведением, другие – устройством того или иного органа, третьи – своеобразием физиологии.

Асцидии являются примитивными хордовыми животными

Не отступили от этого правила и относящиеся к оболочникам асцидии. Причем разного рода уникальных особенностей у них столько, что и не перечесть. Главная же состоит в том, что асцидии являются примитивными хордовыми животными. На это указывает появляющаяся у личинок хорда – внутренний осевой скелет животного, – которая, правда, исчезает у взрослых организмов, перешедших к неподвижному образу жизни.

Нервная система у асцидий расположена на спинной стороне тела, в то время как у беспозвоночных она располагается всегда на брюшной стороне. При этом основные кровеносные сосуды у морского бокальчика (так иногда именуют асцидий) сосредоточены на брюшной стороне, тогда как у беспозвоночных, наоборот, на спинной. И глотка у асцидий особенная: она превратилась в орган дыхания, хотя кишечник у беспозвоночных никогда не образует жаберных щелей.

Ну а теперь, выяснив некоторые филогенетические особенности предка позвоночных, можно перейти и к более близкому знакомству с индивидуальными особенностями асцидии.

Начнем с того, что эти организмы имеют очень широкое распространение: они заселяют океан от Северного полюса до берегов Антарктиды, предпочитая прибрежные воды и глубины до 200–300 метров. Правда, прекрасно чувствуют себя и под 7-километровым слоем воды.

Роста они небольшого: всего несколько сантиметров в диаметре и столько же в высоту. Однако среди них есть и карлики длиною в 1–2 миллиметра, и настоящие полуметровые гиганты.

Асцидии – донные и в основном колониальные животные, прикрепившиеся нижней частью тела (подошвой) к камню, раковине или какому-нибудь другому твердому предмету. Но есть среди асцидий и такие, у которых нижняя часть тела превратилась в длинный стебелек. Этот орган – приспособление к жизни на больших глубинах, где дно покрыто толстым слоем ила. Именно стебелек и не позволяет асцидиям в нем утонуть.

Но так как ножка – опора не очень надежная, некоторые глубоководные асцидии пользуются выростами оболочки нижней части тела, напоминающими своеобразные парашюты.

Асцидии – домоседы, ведущие почти неподвижный образ жизни. И только серьезная угроза для жизни заставляет их мгновенно выпустить из себя всю воду и сжаться в небольшую лепешку, которую практически невозможно заметить. Впрочем, врагов у асцидий не так уж много. Из-за кислого секрета, скапливающегося в оболочке, их стараются не трогать: охотников на кислую еду даже в море сыщется немного.

Кроме кислого секрета в тунике асцидий присутствует еще и ванадий. Этот редкий элемент они добывают из воды, где тот содержится в ничтожных количествах, и создают в своем теле концентрацию, в 500 000 раз превышающую его содержание в море! В связи с этим напрашивается вопрос: зачем морскому бокальчику такое количество редкого элемента? Оказывается, связано это с тем, что в крови асцидий ванадий выполняет ту же роль по переносу кислорода, что и железо в крови млекопитающих.

Кроме ванадия в теле асцидий в большом количестве содержится также целлюлоза. Из этого обычного для растений вещества на 60 % состоит их туника, или внешняя оболочка. И что особенно любопытно, больше ни у кого из животных этого вещества в составе организма не встречается.

Много необычного и в устройстве внутренних органов асцидий. У них, например, очень оригинально функционирует механизм по удалению из крови вредных продуктов обмена. Почек, как у высших животных, у них нет – их заменяют рассеянные по всему телу специальные клетки, называемые «почками накопления». Они извлекают из крови вредные вещества, но не выделяют их наружу, а всю жизнь хранят внутри своего тела.

У некоторых же видов асцидий в кишке содержатся прозрачные пузырьки, в которых накапливаются кристаллы мочевой кислоты. А у семейства мольгулид отдельные пузырьки сливаются в один крупный мешочек, и в нем живут и размножаются микроскопические грибки, которые питаются продуктами обмена, скапливающимися в мешочке.

А еще асцидии легко восстанавливают любой орган, откушенный от их тела неразборчивыми хищниками. Более того, даже если от асцидии останется совсем маленький кусочек, из него все равно вырастет новое, вполне нормальное животное.

Кстати, личинка у домоседки асцидии похожа на малька рыбы и довольно подвижная. Правда, в воде она плавает недолго: всего каких-то 6–8 часов. Но зато в течение этой четверти суток успевает преодолеть расстояние, равное 1 километру. Только представьте себе, сколько надо вложить сил и энергии крошке размером в несколько миллиметров, чтобы преодолеть столь приличный отрезок пути!

Порезвившись на воле, личинка опускается на дно и ротовой частью прикрепляется к какому-нибудь твердому предмету. И с этого момента с ней начинают твориться поистине удивительные вещи: постепенно исчезают хвост, хорда, глаза, дыхательные отверстия. А рот начинает совершать по спинной стороне медленное путешествие снизу вверх и в конце концов располагается на самом верхнем конце тела. Другие органы тоже в это время смещаются. В результате подобных пертурбаций личинка, полностью поменяв свой первоначальный облик, превращается во взрослую асцидию-кубышку.

Удивительная «чернильная бомба»

Животные, как известно, защищаются по-разному. Одних спасают острые шипы или рога, другие выделяют токсичные вещества, третьи стреляют ядовитыми газами…

Очень оригинальным защитным приспособлением обзавелись в процессе эволюции головоногие моллюски. Этим приобретением является так называемая чернильная бомба.

Почему – чернильная и почему – бомба? Дело в том, что в минуту опасности головоногие выбрасывают из воронки струю черной жидкости – чернил. Чернила расплываются в воде густым облаком, и под прикрытием этой «дымовой завесы» моллюск благополучно удирает, оставляя врага блуждать в потемках.

Следует сразу отметить, что в защитной бомбе головоногих находятся совсем не те чернила, которыми заправлены наши перьевые или шариковые ручки. В ней содержится органическое вещество из группы меланинов, близкое по составу к пигменту, которым окрашены наши волосы. Цвет чернил у разных видов головоногих различный: у каракатиц он коричневый, у осьминогов – черный. А вырабатывает чернила особый орган – грушевидный вырост прямой кишки, называемый чернильным мешком. Он представляет собой плотный пузырек, разделенный перегородкой на две части. Верхняя часть отведена под запасной резервуар (именно в ней хранятся чернила), а нижняя заполнена тканями самой железы. Клетки последней набиты зернами черной краски. И когда старые клетки постепенно разрушаются, их краска растворяется в соках железы, в результате чего и получаются чернила. Далее они поступают на «склад» – перекачиваются в верхнюю часть пузырька, где и хранятся до первой тревоги.

Основное защитное приспособление головоногих моллюсков – чернильная бомба

Но даже когда моллюску угрожает очень серьезная опасность, он все равно за один раз содержимое чернильного мешка не выбрызгивает. Так, обыкновенный осьминог может создать «дымовую завесу» 6 раз подряд, но уже через полчаса полностью восстанавливает весь израсходованный запас чернил.

Очень важной особенностью чернильной жидкости является ее способность за короткое время окрашивать в темный цвет огромные объемы жидкости. Так, каракатица за 5 секунд окрашивает извергнутыми чернилами всю воду в большом аквариуме, а гигантские кальмары извергают из воронки столько чернильной жидкости, что морская вода мутнеет на площади в сотни метров.

Поскольку чернильная бомба – основное защитное приспособление головоногих моллюсков, они рождаются уже с мешком, наполненным чернилами. Так, одна каракатица, едва выбравшись из оболочки яйца, ознаменовала свое появление на свет сразу пятью чернильными залпами.

Некоторые заблуждения ученых имеют тенденцию к многократному дублированию в различных источниках информации. То же произошло и с ранними описаниями «чернильной завесы», опубликованными почти во всех биологических изданиях. Однако более тщательное исследование жизни морских обитателей в естественной среде привело ученых к выводу, что традиционное представление о «дымовой завесе» головоногих моллюсков следует основательно пересмотреть.

Так, дополнительные наблюдения показали, что выброшенные моллюсками чернила растворяются не сразу и не раньше, чем на что-нибудь наткнутся. Они долго, до 10 минут и больше, висят в воде темной и компактной каплей. Но самое поразительное, что форма капли напоминает очертания выбросившего ее животного! Хищник вместо убегающей жертвы хватает эту каплю, вот тогда она и «взрывается», окутывая врага темным облаком.

Акула, например, приходит в полное замешательство, когда стайка кальмаров одновременно, как из многоствольного миномета, выбрасывает в нее целую серию «чернильных бомб». Хищница мечется из стороны в сторону, хватает одного мнимого кальмара за другим и вскоре вся окутывается облаком рассеянных в воде чернил.

В 1956 году доктор Д. Xол опубликовал в английском журнале «Нейчур» интересные наблюдения над маневрами, к которым прибегает кальмар, подменяя себя чернильным макетом. Зоолог посадил кальмара в кадку и попытался поймать его рукой. Когда пальцы ученого были уже в нескольких дюймах от цели, кальмар внезапно потемнел и, как показалось Холу, замер на месте. В следующее мгновение Хол схватил… чернильный макет, который развалился прямо у него в руках. А обманщик в это время плавал уже в другом конце кадки. Хол повторил свою попытку, следя за кальмаром уже более внимательно. Когда его рука вновь приблизилась к кальмару, тот снова потемнел, выбросил «бомбу» и тут же стал мертвенно бледным, после чего невидимкой метнулся в дальний конец кадки. До чего тонкий маневр! Кальмар ведь не просто оставил вместо себя свое изображение. Нет, это настоящая сцена с переодеванием. Сначала он резкой сменой окраски привлекает внимание противника, затем тут же подменяет себя другим темным пятном – хищник автоматически фиксирует на нем свой взгляд – и исчезает со сцены, переменив «наряд». Обратите внимание: теперь у кальмара окраска не черная, а белая.

Чернила головоногих моллюсков обладают еще одним удивительным свойством. Американский биолог Мак-Гинити провел серию экспериментов над калифорнийским осьминогом и муреной. И вот что он установил: чернила осьминога, оказывается, парализуют обонятельные нервы хищных рыб! После того как мурена побывает в чернильном облаке, она утрачивает способность распознавать запах притаившегося моллюска, даже если сталкивается с ним вплотную. Причем парализующее действие осьминожьего наркотика длится больше часа!

Впрочем, чернила головоногих моллюсков в большой концентрации опасны и для них самих. В море, на воле, осьминог избегает вредоносного действия своего оружия, стараясь покинуть отравленное место как можно быстрее. Но осуществить это в ограниченном пространстве ему бывает нелегко. Поэтому в бассейнах с редкой сменой воды концентрация чернил быстро превышает допустимую норму, отравляет пленников, и они гибнут.

Маленький, но загадочный рачок

Толщу морской воды населяет удивительное сообщество миниатюрных существ, объединяющее представителей самых разных систематических групп. Называются эти крошечные существа планктоном. А происходит их название от греческого слова planktos – «парящий, блуждающий». И действительно, мелкие рачки, моллюски, полихеты, медузы, гребневики, личинки рыб и беспозвоночных словно бы парят в океанских водах.

Чтобы двигаться и парить, планктонные организмы используют разветвленные антенны или плоские конечности, похожие на весла. У планктонных личинок для этих целей имеются реснички и жгутики, у личинок рыб – крохотные плавнички. Медузы движутся за счет пульсации колокола, а гребневики, похожие на медуз желеобразным телом, используют для перемещения гребные пластинки.

Интересными приспособлениями для парения обзавелись также некоторые моллюски – морские ангелы и морские черти. Они движутся, взмахивая «крыльями», похожими на разделившуюся на две части «ногу» хорошо знакомой всем улитки. За такой способ передвижения планктонных моллюсков называют крылоногими.

Как и способы передвижения, пищевые предпочтения планктонных животных тоже отличаются широким разнообразием. Среди них можно найти как чистых вегетарианцев, питающихся исключительно микроскопическими водорослями, так и свирепых хищников. Последних обычно легко определить по внешнему виду: например, особое устройство хватательных конечностей веслоногого рачка пареухеты сомнений относительно его пищевых пристрастий не оставляет.

Одно из крошечных существ, составляющих планктон

А вот яркостью окраски представители планктона похвастаться не могут: чаще всего они прозрачны или полупрозрачны. Однако свет, преломляясь и расщепляясь в их телах на множество миниатюрных радуг или отражаясь от движущихся ресничек, щетинок либо гребных пластинок, создает поистине феерическое зрелище. К тому же многие из этих крошечных созданий обладают еще и способностью светиться в темноте.

Долгое время считалось, что планктон пассивно дрейфует по всем океанам. Вероятно, первым, кто изменил отношение к планктону как к скоплению хаотически дрейфующих частиц, стал советский гидробиолог, доктор биологических наук К.В. Беклемишев. Именно он обнаружил в распределении океанического зоопланктона определенную структуру и разгадал закономерности ее формирования.

Ученый выяснил, что многие виды зоопланктона «привязаны» к крупномасштабным океаническим круговым течениям. Океанические виды зоопланктона обитают в пределах круговорота, отдельные его представители предпочитают держаться у берегов, а некоторые виды – освоили нейтральные области между круговоротами течений.

Планктонные формы, как уже говорилось, представлены множеством видов, и большинство из них постоянно находится в поле зрения ученых. Но, пожалуй, самым изученным планктонным животным является веслоногий рачок калянус. Это существо, размером и формой напоминающее рисовое зерно, составляет основу зоопланктона Северной Атлантики, и поэтому его роль в жизни океана огромна.

С одной стороны, калянус – основной потребитель фитопланктона, с другой – излюбленная пища многих животных и рыб: таких как сельдь, мойва, скумбрия. А уж про личинки рыб, в том числе промысловых, и говорить нечего: поголовно все они питаются молодью калянуса. Таким образом, от размеров ареала и количества этого рачка зависят, в частности, выживаемость личинок, численность поколений промысловых рыб, а значит, и успех рыбного промысла.

Именно громадной ролью калянуса в питании рыб во многом и объясняется пристальный интерес исследователей разных стран к этому скромному маленькому рачку.

А что же сам калянус? Пассивно, как пылинки в воздухе, кружится в океанических круговоротах? Совсем нет. В отличие от пылинок, он совершает вертикальные перемещения: ночью поднимается к поверхности океана, а днем опускается на несколько десятков, а то и сотен метров вниз.

Зачем? Ответ вроде бы известен. По крайней мере, во всех учебниках гидробиологии говорится, что поднимается калянус на откорм, а опускается – спасаясь от хищников.

Однако исчерпывающим подобный ответ не назовешь: остается еще много вопросов. Во-первых, хищников на глубине обитает тоже много: как уже говорилось, они встречаются даже среди самого зоопланктона. Во-вторых, как объяснить сезонные и возрастные изменения протяженности миграций? Есть, разумеется, и в-третьих, и в-четвертых…

Океанические течения – система сложная. И если на поверхности предмет плывет в одном направлении, то, погрузившись на определенную глубину, он может начать движение в обратную сторону. Возможно, именно в этом и заключается истинный смысл неутомимых вертикальных перемещений калянуса и тысяч других планктонных животных. Меняя в течение суток глубину своего обитания, они таким образом остаются на одном месте. А сменив амплитуду вертикальных миграций, могут переместиться в другой район, не тратя собственной энергии на преодоление течений и используя их как своего рода общественный транспорт.

Еще в 1937 году британский исследователь Н.А. Макинтош описал крупномасштабное переселение зоопланктона в водах Антарктики. Согласно исследованиям ученого, многие виды, в том числе и рачки рода калянус, летом скапливаются в верхних слоях и дрейфуют на север. С наступлением зимы они мигрируют на глубину 500–750 метров и, оказавшись в теплых водах, движутся на юг, к берегам Антарктиды. Таким способом крохотные животные в течение года дважды преодолевают расстояние в сотни километров.

Но Северная Атлантика – не Южный океан, насыщенный материками, островами, сложнейшими системами течений. Как же в этих сложных топографических условиях перемещается миниатюрное существо? Подчиняются ли его передвижения хоть каким-то закономерностям?

Чтобы выяснить это, гидробиологи Великобритании составили карту распределения скоплений зимующего калянуса в Норвежском море. И выяснилось, что из года в год рачок зимует в одних и тех же районах у сáмого дна, на больших глубинах. Опускаясь на зимовку, он использует сезонный прибрежный даунвеллинг – «сползание» прибрежных вод на глубину по материковому склону. С приходом же весны вдоль берегов формируется обратный процесс – апвеллинг, то есть процесс, когда прогретая и опресненная за счет материкового стока вода, становясь более легкой, относится от берега и поднимается вверх. И калянус очень эффективно, словно лифтом, пользуется этим сезонным течением для перемещения к поверхности.

Оказавшись в верхних слоях воды, рачок приступает к нересту. Для этих целей у него, скорее всего, есть излюбленные районы, и маркером таких «родильных домов» может служить рыба. Мойва, сельдь, скумбрия, треска, пикша и другие виды рыб тоже нерестятся у берегов Норвегии, причем каждый вид – в строго определенном месте. Очевидно, выбор места в значительной мере связан с обилием пищи для личинок. А начинают они все питаться в основном науплиями – личинками калянуса.

Таким образом, постепенно вырисовывается пространственная структура популяции рачка с определенными районами зимовки и нереста. А есть ли места откорма? По наблюдениям ученых Полярного научно-исследовательского института в Мурманске, в Норвежском море скопления калянуса привязаны к районам расхождения (дивергенции) течений. И ничего странного в этом нет, если учесть, что дивергенция – это подъем к поверхности глубинных вод, обогащенных веществами, питательными для фитопланктона, который, в свою очередь, служит пищей калянусу. Вот только по физическим законам пассивные частицы, к коим до сих пор причисляют и калянусов, в таких местах должны разноситься течениями, а не скапливаться. Значит, и здесь рачок выработал механизм, позволяющий ему войти в кормную зону и удержаться в ней.

Итак, вовсе не беспомощным существом, подчиняющимся воле океанических течений, предстает перед нами калянус, а искусным пловцом, эффективно использующим могучую энергию воды для перемещения в районы нереста, откорма, зимовки.

Таким образом, в результате синтеза накопившейся информации вместо кажущегося хаоса в распределении и перемещении планктонных животных начинают проступать контуры стройной системы. Открывая одновременно новый могучий пласт неизведанного и неисследованного.

Криль вызывает морские бури

Кроме калянуса, важнейшим объектом питания множества морских животных является еще и криль. Это собирательное название морских ракообразных мелких размеров (10–65 миллиметров), образующих скопления в поверхностных слоях воды умеренных и высоких широт обоих полушарий.

Миллиарды этих крошечных пловцов дневные часы проводят на безопасной 100-метровой глубине, а с приходом ночи поднимаются в поисках пищи к богатой водорослями поверхности, работая подобно гигантскому миксеру. Ведь хотя размер каждого рачка сам по себе и ничтожен, однако в океане их проживает огромное количество.

Криль – пища многих морских животных

Так вот, как показали исследования, эти организмы служат не только пищевым объектом. Оказывается, ночные скитания криля существенно увеличивают масштаб смешивания холодных глубоких и теплых поверхностных вод (особенно прибрежных). Следствием же бурного перемешивания вод, усугубляемого ветром и другими физическими силами природы, становятся распространение питательных веществ, жизненно важных для функционирования морских экосистем, и обмен температурой и газами, в том числе углекислым, между атмосферой и водой.

Помимо смешивания вод, ежедневные миграции криля могут оказывать влияние и на изменения климата, ранее недооценивавшееся. Чтобы в полной мере оценить роль массовых перемещений крошечных организмов в этом процессе, специалисты в течение нескольких дней следили за жизнью и ночными «прогулками» одной из разновидностей криля в узком морском заливе Саанич на юге канадской провинции Британская Колумбия. Пользуясь приборами, измеряющими силу трения в жидкости, температуру и проводимость в микроскопическом масштабе, ученые обнаружили, что от быстрого подъема криля уровень турбулентности возрастает в 10 000 раз, или на 3–4 порядка, несмотря на то, что его пик продолжается не больше 15 минут. Скорость же восходящего движения ракообразных достигает 5 сантиметров в секунду. Из-за того, что они держатся вместе, как косяк рыбы, и двигаются синхронно, коллективно производимая энергия сопоставима с той, которую создают приливы и отливы.