Тьма и гротеск глубины
Как биологи изучают морские толщи, кто там обитает и что мы знаем об этой жизни
На суше редких зверей и птиц можно «поймать» фотоловушками или выждать в засаде. Под водой, а особенно на глубине нескольких километров, все не так просто. Морские биологи России рассказали об экологии слабо изученной глубоководной рыбы — обыкновенного хаулиода. Данные о ней собирались несколько лет в водах Северной Атлантики, но выяснили ученые далеко не все: о фауне на глубине ясно крайне мало. Какой бывает ихтиология, чем Мировой океан похож на пирог и почему, чтобы жить там, куда не проникает солнечный свет, нужно стать паразитом, в материале «Ъ-Науки».
Фото: Getty Images
Фото: Getty Images
Район сумеречной зоны, куда практически не проникает солнечный свет,— место, мягко говоря, негостеприимное. Давление в километре под поверхностью воды больше сотни атмосфер, температура не выше 5°C, а еще там непроницаемая и густая тьма. Свет можно встретить на глубине до 200 м, но при условии, что погода ясная и вода не мутная.
Обитатели сумеречной зоны адаптировались к жизни в ней достаточно необычно. Одни обзавелись «подсветкой» для приманки добычи, вторые — гигантскими глазами, чтобы хоть что-то разглядеть вокруг, третьи — торчащими саблевидными зубами (так у охотника больше шансов не упустить проплывающую мимо жертву), а четвертые — всем вместе.
Обыкновенный хаулиод (Chauliodus sloani), которому посвящено новое исследование российских морских биологов, один из представителей глубоководной фауны (встречается на глубинах до 1,5 км). Как полагается, он зубастый, глазастый, чертоподобный. Это хищник, способный поедать добычу, иногда превышающую половину собственной массы. Представьте, что сумели проглотить четырехмесячного поросенка и перевариваете его неделю. Так питаются хаулиоды, и в целом это характерно для хищных рыб: набить брюхо рыбой немногим меньше себя и не думать о еде несколько суток. На глубине такой способ питания дошел до гротеска — например, черный живоглот (Chiasmodon niger) длиной чуть больше ладони проглатывает добычу вдвое, втрое, а иногда и вчетверо крупнее себя, сворачивая ее в своем растягивающемся, как воздушный шар, желудке.
«Как мы изучаем питание: мы вскрываем рыбу, пойманную в трал, смотрим содержимое желудка,— говорит один из авторов исследования, главный научный сотрудник лаборатории гидробиологии Полярного филиала Всероссийского научно-исследовательского института рыбного хозяйства и океанографии (ПИНРО им. Н. М. Книповича) Андрей Долгов.— Если рыба там целая и свежая, то, значит, хаулиод поймал ее недавно. И, скорее всего, на той глубине, где шел трал, но не факт, потому что он мог схватить ее и в трале, где собирается много рыбы. А если добыча уже переваренная —облезла кожа, тело развалилось на куски или остался один скелет,— то хищник поймал ее один или несколько дней назад. При этом очень тяжело изучать ее поведение, особенности размножения и многие другие вопросы биологии, которые мы не видим и не всегда можем правильно оценить и понять. И у меня большие сомнения, что сможем когда-то это узнать без подводных наблюдений».
В пищу не годятся, промыслового значения не имеют
Со стороны работа морских биологов, исследующих рыб на глубине, напоминает ощупывание слона слепцами из известной притчи. Только задачу усложняют несколько факторов. На глубине и на поверхности рыба чувствует себя по-разному. Колоссальный перепад давления зачастую убивает животное, а в некоторых случаях из-за него, например у морских окуней, выкатываются глаза и выворачивается желудок. Некоторые на поверхности буквально расплываются. Донная рыба-капля (Psychrolutes marcidus), которая успела стать мемом, такая желеобразная только на воздухе. На глубине давление «подхватывает» ее тело и держит форму. У многих мезо- и батипелагических рыб — как раз вроде хаулиода или светящихся анчоусов (о них речь дальше) — тело, по словам Андрея Долгова, приобретает консистенцию тряпочки.
Фото: wikipedia.org
Фото: wikipedia.org
«У рыбы Баренцева моря — трески, пикши, морского окуня — тело по консистенции такое же, какое в магазине,— нормальное мясо. У хаулиода тело более дряблое, а у светящихся анчоусов оно почти всегда приходит очень рыхлое, без чешуи и кожи, и мясо их выглядит будто недоваренное. Поэтому большинство глубоководных видов нельзя непосредственно употреблять в пищу, и в 1970-х годах, когда обсуждали возможный промысел этих рыб, отдельным вопросом стояла их технологическая переработка — что из них можно делать: фарш, рыбную муку или что-то еще. Их физиология сильно отличается от привычных нам рыб»,— отмечает Андрей Долгов.
Обыкновенный хаулиод, к его счастью, промыслового значения не имеет. Во-первых, он не столь крупный: в море Ирмингера (омывает Гренландию с юго-востока, а Исландию — с юго-запада), где ее исследовали российские ученые, длина рыбы не превышала 34 см. В Средиземном море, где обыкновенный хаулиод тоже водится, он обычно поменьше — до 26 см. Рыба совсем теряется на фоне добываемого в Южном океане антарктического клыкача (Dissostichus mawsoni). Эта двухметровая «треска глубин», как ее иногда называют, встречается на глубине более 1,5 км и достигает массы в 80–90 кг. Ее вылов в 1980-х окрестили лихорадкой, а нежное и жирное мясо клыкача подают в ресторанах как благородный «чилийский сибас».
Во-вторых, обыкновенный хаулиод не столь многочисленный представитель глубоководной фауны. Лидеры среди них — семейства гоностомовых и миктофид (светящихся анчоусов). Британский морской биолог Хелен Скейлс в своей книге «О чем молчат рыбы» (перевод на русский язык вышел в 2020 году) пишет следующее: «Считается, что сейчас на планете живут сотни, если не тысячи триллионов особей гоностомовых и миктофовых, больше чем любых других позвоночных (на втором месте — 24 млрд домашних куриц)». А согласно обзору 2010 года, биомасса одних только светящихся анчоусов оценивается в 550–600 млн тонн; для сравнения, по данным на 2023 год, биомасса людей составляет приблизительно 390 млн тонн.
Последствия перемены мест
Еще одно препятствие, мешающее биологам изучать размножение и поведение глубоководных рыб,— крайне трудно воссоздать их естественную среду. На глубине больше километра нужно поймать рыбу, поднять на поверхность, поддерживая нормальное для нее давление, чтобы декомпрессия не убила животное, и переместить в аквариум с привычными условиями. Сохранять нужное давление в лабораторных условиях пытались с 1970-х годов, но подопытные, как правило, долго не выживали: донные гаммариды (или бокоплавы), собранные с глубины 5700 м, прожили на судне и в лаборатории девять дней.
С 2000-х годов японский специалист Сумихиро Кояма (Sumihiro Koyama) в составе разных научных групп разрабатывал аквариумные системы, способные поддерживать внутри высокое давление. Аппарат, испытанный в 2002-м, мог на глубине до 2 км всасывать рыбу вместе с водой, нагнетать внутри давление в более чем 20 Мпа и всплывать на поверхность. Ученые смогли захватить бельдюгу (рыбу семейства Zoarcidae) с глубины 1171 м и поддерживали ее жизнь 64 дня, а через пять лет креветки, пойманные в толще воды в 1157 м под поверхностью, прожили в лаборатории 74 дня.
Можно поступить иначе — не поднимать объект к наблюдателю, а спустить наблюдателя к объекту. Пару лет назад камера на исследовательской субмарине запечатлела самого глубоководного обитателя океана — морского слизня из семейства Liparidae — на глубине 8336 м. Прошлый рекорд, 7703 м, тоже принадлежал морскому слизню, только другой разновидности. Без длительных наблюдений с помощью специальных аппаратов биологам сложно было бы с ними познакомиться. Но есть и третий способ, когда ученые, если угодно, «шарят руками в темноте» — траление.
«У нас в стране есть две науки — академическая и рыбохозяйственная,— рассказывает Андрей Долгов.— Наш институт относится ко второй. Наша основная задача — оценить запасы промысловых видов рыб и беспозвоночных и разработать рекомендации по их использованию промыслом. То есть сказать, сколько рыбы в море есть и сколько ее можно поймать без ущерба для экосистемы. Поэтому мы раз в год или в несколько лет проводим научные съемки: через определенные интервалы в несколько десятков морских миль делаем траление. Получается сетка, покрывающая всю акваторию изучаемого региона. В море Ирмингера это 40–60 тралений, а в Баренцевом — 300–400. Из каждого траления мы изучаем весь улов — несколько сотен килограммов или до 1–2 тонн. Смотрим видовой состав, оцениваем количество и биомассу, размер, биологические характеристики. Дополнительно, если есть время, еще и биологию непромысловых видов. Из года в год такие данные накапливаются, но поскольку наша основная работа сосредоточена на объектах промысла, то до других рыб руки редко доходят».
В поисках пищи и пары
За семь рыбохозяйственных съемок в море Ирмингера российские биологи выловили больше 12 тыс. особей обыкновенного хаулиода. Изучение состояло из измерения длины и массы, определения пола, стадий развития половых продуктов (гонад) и возраста. Последний показатель смотрели по отолитам — ушным камушкам, или скорее зернышкам, расположенным в голове рыб. На этих органах равновесия (отолитами обладают все позвоночные от рыб до человека) по мере роста животного формируются кольца — периоды активного и медленного роста. По таким годовым кольцам (как у деревьев) исследователи выяснили, что максимальный возраст обыкновенного хаулиода 11 лет.
Фото: Андрей Долгов
Фото: Андрей Долгов
Биологи также наблюдали у этого вида заметный половой диморфизм, то есть особи разных полов различались по внешнему виду. Самки оказались крупнее самцов. В целом же это распространенное явление у рыб и доходит до уже упомянутого гротеска у глубоководных удильщиков (Ceratioidei).
Попытайтесь вновь вообразить океан на глубине двух километров: пустота и непробиваемая тьма во всех направлениях. Как в таких условиях «встречаться» с противоположным полом? Самцы цератиевидных эволюционировали в карликов, чтобы крепиться к крупным самкам порой на всю жизнь. Такой способ размножения называют половым паразитизмом. Самцы готовы буквально слиться с самкой: после прикрепления у пары возникает общая кровеносная система (есть здесь что-то романтическое, хотя и жуткое), а самец начинает получать питательные вещества от самки. Исследование 2020 года показало, что иммунитет самцов-паразитов на уровне генов устроен иначе, чем у прочих позвоночных: модификация и даже некоторая деградация позволяют им объединяться с другими особями.
Объясняется половой паразитизм не только низким шансом продолжить род, но и трудностями в поисках пропитания. В условиях, когда пищи вокруг мало (а удильщики едят крупных ракообразных, рыб и в том числе хаулиодов) и искать ее приходится фактически с фонарем (широко известна светящаяся приманка на «удочке», с помощью которой они охотятся), оптимальным решением стало не тратить ценные ресурсы на двух полноразмерных рыб в паре. Самец необходим исключительно для оплодотворения икры, а охоту и развитие потомства — достаточно энергоемкий процесс — эволюция поручила крупным самкам.
Слоистый и малоизученный
Несмотря на то что большая часть биомассы в океане сосредоточена в верхнем слое, в морских глубинах тоже вовсю идет жизнь. Жизнь приспосабливается к самым разным условиям. В толще морских вод существуют явления, упрощающие рыбам поиск добычи. Речь о скоплениях живых организмов, образованных в основном планктоном. Высокие концентрации планктона в толще океана могут скапливаться на фронтальных зонах, то есть зонах резкого изменения температуры и солености, которые также называют «слоем скачка».
С поверхности океана можно изучать толщу воды с помощью эхолота — акустического радара, который отправляет сигнал вниз и принимает его отражение от дна. Но в зависимости от того, какую частоту волны выставили на приборе, как дно могут выглядеть и те самые скопления планктона в фронтальных зонах. Для многих рыб такие скопища — натуральный шведский стол.
Фото: wikipedia.org
Фото: wikipedia.org
«Океан можно представить как слоеный пирог,— объясняет доктор физико-математических наук, ведущий научный сотрудник Института океанологии им. П. П. Ширшова Александр Осадчиев.— Слоистость присутствует в любой точке Мирового океана, за исключением самых мелких акваторий. Самые тяжелые, плотные воды находятся внизу, а легкие — выше. Слой скачка — это граница между слоями, которые по разным причинам (таяние морского льда, речной сток, испарение) обладают разной плотностью. Организмы, парящие в морской воде, которые двигаются вместе с потоками воды и сами не определяют свое движение, эту границу не пересекают. А рыба может свободно перемещаться между слоями и есть планктон, который сидит в слое относительно неподвижно».
Море Ирмингера, как отмечает Александр Осадчиев, необычное. Оно не замерзает, поскольку однородный поверхностный слой простирается на тысячу метров вглубь. Зимой охлажденная вода опускается вниз, поскольку становится плотнее, на ее место заступают теплые воды — так работает механизм глубокой конвекции. За зимний сезон весь километр верхнего слоя не успевает замерзнуть, поэтому льды не сковывают море Ирмингера и оттого его часто штормит. Холодная вода из моря Ирмингера и других морей Северной Атлантики опускается вниз и распространяется по Мировому океану. По словам Александра Осадчиева, одна пятая всего объема вод в Мировом океане сформировалась на севере Атлантики. Помимо глубокой конвекции море Ирмингера обладает и богатым биоразнообразием.
«До рейса в море Ирмингера я работал в Баренцевом море, немного в Карском и Норвежском морях. Там рыба более или менее обычная, которую мы видим в магазинах: треска, пикша, черный палтус, камбала, зубатки и прочие. А в море Ирмингера абсолютно другой видовой состав. Когда пришел первый трал, первое впечатление было, что это какая-то каша. Почти все рыбы незнакомые. Определители у нас, конечно, были, но всех опознать, когда приходит измочаленная белая рыба с ободранной чешуей (а светящиеся анчоусы, например, различаются количеством и расположением фотофор на теле), конечно, тяжело. В первые дни при подъеме каждого трала охватывал ужас. Зубастые пасти хаулиодов и других хищных глубоководных рыб смотрелись экзотически. В таких ситуациях нужен человек, который знает этих рыб и объяснит, как их идентифицировать. Всего же в съемке встретилось 115 видов и 90% были незнакомыми»,— делится Андрей Долгов.
Мировой океан, занимающий 71% поверхности Земли, исследован, по разным оценкам, на 5–20% (такая неточность говорит сама за себя). Интерес к этой малоизученной области пропорциональный. Китайские специалисты намерены изучать экосистему Марианской впадины, то есть хадальную зону (глубины ниже 6 км), а испанские биологи собирают данные о влиянии человека на глубину Средиземноморья (до 722 м). Список можно продолжать. Довольно редкие в последние годы исследования российских ученых в глубоководных районах Мирового океана (а по словам Долгова, сейчас работа в море Ирмингера чуть ли не единственная регулярная глубоководная съемка во всей Северной Атлантике) — проблески света, понемногу рассеивающие сумеречную жизнь на глубине.