Контрасты движения

  «Уходить в море», чтобы наблюдать и изучать изменчивый океан и его живые сообщества, — это и есть жизнь и рабо­та океанолога. Но мы всегда бываем рады, когда рейс кон­чается и судно приближается к порту — твердой, без всякой качки, земле. Как и все наземные животные, мы чувствуем себя в безопасности только тогда, когда вольны распоря­жаться движениями своего тела. Движемся же мы всегда практически по горизонтали. Для нас чрезвычайно важны свободное пространство вокруг и выбранное направление, и мы непроизвольно следим за формой и гладкостью земной поверхности, оказавшейся в пределах прямой видимости.

  Для существ, живущих в открытом океане, удобств тако­го рода не существует. Здесь сама окружающая среда нахо­дится в непрестанном движении. Уже из одного этого разли­чия можно вывести логические следствия, помогающие изу­чать наблюдаемый характер поведения морских организмов.

Виды и направления движения

  Морское животное может само двигаться относительно сре­ды, в которой оно обитает, либо может оставаться в непод­вижности. Если оно предпочитает двигаться, то ему надо выбрать, в каком направлении это делать: по горизонтали, по вертикали или по наклонной линии. В океанах жизненное пространство имеет три измерения, но понятие «свободного пространства» исчезает, так как вокруг нет видимых, пред­метных контрастов. Если мы примем этот постулат, то сделаем важный шаг к пониманию поведения морских су­ществ — к пониманию того, что морские организмы стре­мятся отыскать какие-либо различия в окружающей среде, приспособиться к ним, извлечь из них пользу, и все это во всех трех измерениях.

  Одним из неотъемлемых физических свойств воды (Физические свойства морской воды) является то, что она сильно поглощает и рассеивает свето­вые волны. Именно поэтому эвфотическая зона столь тон­ка — всего 100 м. Это также чрезвычайно сужает зону види­мости для морских животных по сравнению с тем, что до­ступно зрению животных наземных. Например, даже в чис­той морской воде все «поле зрения» имеющего глаза мор­ского животного представляет собой сферу с радиусом не более 30 м. В мутных прибрежных водах этот радиус гораз­до меньше. Кроме того, сама вода «выглядит» одинаково во всех направлениях. У морского животного в поле зрения нет никаких видимых предметов, ориентируясь на которые оно могло бы принять решение о движении в каком-то определенном горизонтальном направлении. Однако в отно­шении вертикального направления выбор прост — двигать­ся к свету или уходить от него в темные воды, находящиеся ниже эвфотической зоны.

  Среди других факторов, влияющих на то, какое верти­кальное направление движения выберет животное, важную роль играют следующие: давление, возрастающее на 1 атм с погружением на каждые 10 м глубины, температура, быст­ро понижающаяся с глубиной (типичный ход ее показан на рисунке 8.3), и движение самой воды. В дальнейшем детально описывается, как океан разделяется на слои, при­чем каждый слой движется независимо от других. Верхний слой приходит в движение под влиянием действующих на поверхности ветров; этот подверженный ветровому воздей­ствию слой совпадает с эвфотическим слоем. Более глубо­кие воды не ощущают воздействия ветра, поэтому здесь происходит дифференциация между верхней зоной, где толь­ко и могут существовать морские растения, и глубинными водами. Можем ли мы теперь постулировать, что у основ­ных организмов, питающихся морскими растениями, должна была развиться способность перемещаться вертикально меж­ду этими слоями, и если так, то чего они этим добились?

  Ответ, подтверждающий правильность такого постула­та, будет найден, если мы рассмотрим размеры морских растений. В большинстве своем это микроскопические одно­клеточные растительные организмы. Логически мы заклю­чаем, что животные, питающиеся такими крохотными рас­тениями, сами должны быть маленькими. Основными мор­скими растительноядными является группа животных, на­зываемых веслоногими рачками (копеподами). При средней длине около 2 мм они хотя и могут плавать, но лишь очень медленно по сравнению со скоростями океанических тече­ний; поэтому их относят к планктону, дрейфующему вместе с течениями. Питаются копеподы в основном суспензией — они захватывают микроскопические растительные клетки, рассеянные в морской воде практически полностью в виде взвеси. Скрытый смысл такого соотношения между расти­тельноядными и их пищей заключается в том, что скопле­ние подобных животных может быстро очистить окружаю­щее их пространство от растений, так как в отличие от со­ответствующих наземных животных — коров — это скопле­ние не в состоянии, дрейфуя в горизонтальном направлении, добраться до более тучных пастбищ.

  Но если веслоногие воспользуются своими слабыми спо­собностями плавать для перемещения вверх и вниз, соотно­шение между едоками и пищей изменится. Опускаясь, жи­вотное попадает в более глубокий слой, скорость движения которого отличается от скорости поверхностного течения; следовательно, перемещение животного по горизонтали будет иным, нежели движение пастбища, на котором оно раньше кормилось. Если теперь животное сменит направле­ние своего движения и снова всплывет в поверхностный слой, оно окажется уже в какой-то другой части пастбища. Таким образом, наш постулат становится логически обосно­ванным, но действительно ли морские животные ведут себя подобным образом? В дальнейшем мы покажем, что ответ на этот вопрос — положительный.

Глубинный звукорассеивающий слой

  Во время второй мировой войны, когда потребность в мор­ских перевозках сильно возросла, военно-морской флот стал получать много сообщений о мелях и рифах в тех местах, где раньше ничего подобного не обнаруживалось. Более то­го, почти всегда такие сообщения посылались при ночных рейсах через воды открытого океана. Изучение этого вопро­са показало, что судовые эхолоты (акустические приборы для измерения глубины дна) регистрировали звуковые им­пульсы, отраженные не от дна океана, а от чего-то иного. В дневные часы источник отражений находился на глубинах около 300 м, однако ночью он оказывался всего в несколь­ких метрах от поверхности (рисунок 2.2). Так было положено начало биологическим исследованиям того, что потом ста­ли называть глубинным звукорассеивающим слоем.

Поперечный разрез верх¬ней части океана

Рисунок 2.2. (а) Поперечный разрез верх­ней части океана. Показаны главные объекты, создающие явление глубинно­го звукорассеивающего слоя. Эхоло­ты — приборы, передающие (и прини­мающие) звуковые волны с целью изме­рения вертикального расстояния между кораблем и океаническим дном. (б) Некоторая часть звуковой энергии рассеивается и отражается от таких плотностных неоднородностей, как воз­душные пузыри миктофообразных рыб; отраженная энергия фиксируется как жирный след на ленте судового эхолота. На этой ленте регистрируется хроноло­гия вертикальной миграции рыбного ко­сяка. По-видимому, миграция рыб соот­ветствует изменению глубины скопле­ний организмов, которыми питается рыба, таких как эвфаузииды, а это в свою очередь отражает вертикальное пе­ремещение растительноядных рачков — копепод. Полосчатый вид записи эхолота указывает на то, что рыба может скап­ливаться в определенных зонах глубин.

  Биологи установили, что звуковые импульсы отражают­ся от наполненных газом пузырей, обеспечивающих плаву­честь миктофообразных рыб (светящихся анчоусов и др.). Этот отряд рыб встречается во многих районах Мирового океана. Справедливо рассудив, что рыба мигрирует в верти­кальном направлении в ответ на подобную же миграцию су­ществ, которыми она питается, биологи для своих исследо­ваний использовали буксируемые сети с различными разме­рами ячейки на разных глубинах и в разное время суток. В результате было выяснено, что мелкие креветкообразные животные, такие как эвфаузииды, также мигрируют по вер­тикали; то же происходит и с еще более мелкими копепода­ми. Вся пищевая цепь перемещается в вертикальном направ­лении, — очевидно, в соответствии с поведением копепод, кормящихся на своих плантациях микроскопических расте­ний (рисунок 2.2).

  Почему организмы приближаются к поверхности в ноч­ные часы, а не наоборот? Ясно, что такой режим поведения коррелирует с суточными изменениями уровня освещенно­сти (так называемый фототаксис - движение свободно передвигающихся простейших организмов в направлении на источник света или от него), но действительно ли ин­тенсивность света служит определяющим фактором? Су­ществуют ли различия в распределении одноклеточных водорослей в дневные и ночные часы, позволяющие копеподам усиленно питаться этими растениями ночью? Или же в ночные часы копеподы оказываются в большей безопасно­сти от поедания эвфаузиидами? Это явление все еще изуча­ется. В последние годы обнаружилось, что скопления расте­ний действительно группируются в «пятна», распределение которых имеет важное значение для копепод, понижая их шансы на успех в повседневных поисках ими более тучных пастбищ. Чего мы пока не знаем, так это точного механиз­ма (или механизмов) образования неоднородных пятнообразных скоплений водорослей; в самой воде могут возни­кать пятна неоднородностей, вызванные турбулентным дви­жением, и это может играть главную роль в сосредоточе­нии растений в отдельные пятна.