Рыбья еда
Вскоре после рассвета я слышу бой барабанов на другом конце пляжа. Я долгое время лежала без сна, прислушиваясь к шепоту волн, мягко набегающих на песок, и в нетерпении ожидая, когда наконец раздастся сигнал к отправлению. Я расстегиваю молнию на своей палатке, хватаю маску с трубкой и присоединяюсь к другим ранним пташкам, уже собравшимся отплыть от берега на небольшом судне.
Наше путешествие длится недолго, всего несколько минут до узкого пролива между нашим и соседним островом. Мой гид Семми сегодня утром уже побывал здесь и предсказывает нам плодотворный заплыв.
«Когда мы будем в воде, держитесь рядом», — предупреждает он меня, стараясь перекричать шум работающих двигателей.
Я прыгаю за борт. Меня стразу подхватывает быстрое течение, и я устремляю взгляд вдаль. Вокруг меня только сине-зеленая мгла. Затем я слышу приглушенный крик, поднимаю глаза и вижу, что Семми вытянул вверх руку с раскрытой ладонью — этот знак означает, что где-то рядом манты.
Темная тень скользит ко мне, прямо под поверхностью воды. Манта плывет против течения, но ей это нетрудно, ведь она практически один сплошной плавник — два ее грудных плавника растянуты по бокам тела в огромные треугольные крылья.
Группа людей в воде на секунду замирает, наблюдая, пытаясь оценить ее размер. Хотя эта манта не очень большая, всего около двух метров в ширину, но все равно она кажется невероятно огромной. Там временем манта уплывает все дальше, и люди выходят из оцепенения и начинают двигаться. Они суматошно перебирают ластами, чтобы не отстать от колыхающейся впереди рыбы, как дети, всей гурьбой бросающиеся за мячом. Вскоре появляется еще одна, чуть более крупная манта. От ее плавника, видимо, отъела кусок акула, но это не мешает ей плавно и быстро плыть в сопровождении свиты из нескольких пловцов, отчаянно работающих ластами и поднимающих тучи брызг. Искусственные пластиковые плавники не могут составить конкуренцию широким «крыльям» манты, и вскоре люди начинают отставать и возвращаться на яхту, чтобы та отвезла их вверх по течению. Снова и снова наша группа прыгает в воду, как будто спешит на аттракцион, который никому не надоедает.
Каждый год примерно 60 мант посещают этот пролив посреди цепочки островов на северо-западе Фиджи. Как и моих рыб-наполеонов, их можно различить по черным и белым меткам на животах. В среднем с апреля по октябрь каждый день там появляются три манты. Однажды их было 14.
Эти огромные плоские пластиножаберные рыбы приплывают сюда в основном, чтобы поесть. Через пролив течет морская вода, полная зоопланктона — живых существ, которые слишком малы, чтобы их можно было увидеть невооруженным глазом, однако их столько, что вода становится густой и мутной. Манты плавают сквозь скопления своей еды с широко открытыми ртами. Вода выходит через жабры, а планктон оседает на перистых ворсинках — жаберных тычинках, окаймляющих изнутри каждую из десяти жаберных щелей. Периодически манты закрывают рот, кашляют и проглатывают зоопланктонную пасту.
Манты не единственные рыбы, регулярно навещающие этот пролив между островами Фиджи для кормления. Пока я плещусь в воде, мимо меня проплывает стая южноазиатских тропических скумбрий (Rastrelliger kanagurta). Серебристые тела проносятся под водой, образуя беспокойную, постоянно меняющую форму массу, резко поднимающуюся вверх и пикирующую вниз, разворачивающуюся и замыкающуюся саму на себя. Бóльшую часть времени рыбы в косяке смотрят в одну сторону, темные полосы их тел параллельны друг другу. Изредка группа превращается в некое подобие сверкающего хаоса, а затем снова возвращается в упорядоченный строй. За скумбриями, как тень, следует охотник — гигантский каранкс (Caranx ignobilis), привлеченный буйной активностью и ожидающий подходящего момента для атаки. Скумбрии продолжают плыть с широко открытыми ртами, выцеживая планктон из воды, похожие на тысячи миниатюрных парашютов.
В проливе вместе с мантами появляется еще один источник пищи. Рыбки размером с палец снуют вокруг их тел, собирая паразитов и кусочки мертвой кожи. Это губаны-чистильщики; каждый день они часами очищают и приводят в порядок мант.
Пока рыбы объедаются, дайверы в воде начинают уставать и задумываться о собственном завтраке. Яхта проходит по проливу, подбирая людей, а я чуть задерживаюсь в воде, плывя по течению и наблюдая за водным пространством вокруг себя.
Две манты вновь появляются в поле зрения. Они нашли хорошее место, богатое планктоном, и остановились, чтобы как следует им воспользоваться. Две рыбы исполняют пируэты в воде. Они изгибают тела и кувыркаются спиной вперед, будто безуспешно гоняясь за своим длинным хвостом, и все это время их рты наполняются едой.
Рыбы добывают пищу множеством разнообразных способов. Это одна из тех вещей, которая отличает их от других позвоночных, у которых, по сравнению с рыбами, довольно ограниченный рацион. Рыбы едят практически все что угодно, и это оказывает большое влияние на весь остальной подводный мир.
Многие рыбы являются охотниками, и некоторые из них даже окружены легендами. Примерно 30 видов амазонских пираний приобрели устрашающую репутацию неистовых хищников, готовых в одно мгновение откусить человеку палец, стоит ему коснуться воды. Эти истории пошли от первых западных естествоиспытателей, попавших в Южную Америку, включая и американского президента Теодора Рузвельта. В своей книге «По диким местам Бразилии» (Through the Brazilian Wilderness), изданной в 1914 г., Рузвельт описывает пираний, калечащих людей и теряющих разум от одного запаха крови. В более правдоподобной версии этой истории говорится о том, что местные жители устроили представление для почетного гостя. Несколькими днями ранее они поймали в сети стаю пираний и не давали им есть. Когда приехал Рузвельт, они бросили им мертвую корову, и голодные рыбы, как и следовало ожидать, попировали. Пираньи не настолько опасны для людей, как принято считать. Наиболее шокирующие истории, скорее всего, описывают рыб, питающихся уже мертвыми телами. Однако есть опасения, что увеличение количества плотин в Южной Америке создает идеальные условия для размножения этих рыб. В результате строительства и засухи, которая заставляет их уходить в более глубокие воды, пираньи чаще встречаются с людьми, и нападения становятся более регулярными.
Хищные рыбы очень хорошо приспосабливаются к меняющимся условиям. На юге Франции, где река Тарн течет через исторический город Альби, огромные европейские сомы (Silurus glanis) научились ловить голубей. Родом из Восточной Европы, эти рыбы были заселены в реку в 1983 г. специально для рыбаков и с тех пор прекрасно приспособились к городской жизни. Известные здесь как «дунайские сомы», эти хищники сидят в засаде на отмели у каменистых островов посреди реки, куда прилетают голуби, чтобы попить и почистить перья. Когда птицы слишком близко приближаются к краю воды, сомы преднамеренно выпрыгивают на сушу (сходную тактику используют дельфины и косатки). Исследователи из Тулузского университета по очереди наблюдали за этим процессом с близлежащего моста и обнаружили, что примерно одна из трех попыток заканчивалась поимкой голубя на обед. Это может быть одной из причин, почему эти рыбы так хорошо приживаются на новых местах: они способны менять свой рацион, приспосабливаясь к доступной еде. Сегодня сомы живут в прудах и реках повсюду от Великобритании до Китая.
Все водоемы земного шара полны хищных рыб, гоняющихся за другими существами, но много здесь и вегетарианцев. Некоторые виды пираний — добродушные травоядные, играющие важную роль в экосистеме своих водоемов; они пережевывают крупные плоды огромными зубами, способствуя распространению семян и стимулируя их прорастание. Из примерно сотни видов рыб-попугаев большинство едят водоросли, откусывая листочки зубами, сросшимися в клюв, как у попугая. Они оздоравливают коралловые рифы, ограничивая рост водорослей, которые в противном случае быстро бы разрослись и подавили кораллы. Проведенные в 2017 г. исследования 3000-летней палеонтологической летописи из Панамы выявили тесную связь между процветанием и гибелью рыб-попугаев и коралловых рифов. Кэти Крамер из Института океанографии Скриппса в Сан-Диего (США) во время раскопок обнаружила клювы рыб-попугаев и измерила скорость роста кораллов. Она установила, что когда у рыб все было хорошо, то все было хорошо и у кораллов; но, когда рыб стало меньше, включая период последних 200 лет, характеризующийся чрезмерным выловом этих рыб, кораллы перестали расти, и им на смену пришли водоросли. На сегодняшний день Карибские рифы находятся в сильнейшем упадке. Крамер и ее соавторы пришли к выводу, что единственный способ их восстановить — это «значительное и немедленное сокращение вылова рыб-попугаев».
Помацентровые рыбы подняли вегетарианство на более высокий уровень. Они одни из немногих животных, включая людей, кто перешел с кочующего образа жизни охотников-собирателей на оседлый, освоив фермерство. Муравьи, термиты и жуки выращивают грибы; глубоководные крабы пушистые кивы (Kiwa hirsuta) выращивают на своих волосатых конечностях бактерии; а на коралловых рифах темные стегастесы (Stegastes nigricans), небольшие рифовые рыбы из семейства помацентровых, ухаживают за своими водорослевыми садами. На участках между ветвями мертвых кораллов они выпалывают несъедобные для себя виды водорослей, создавая таким образом пышные заросли, состоящие только из тех видов, которые кажутся им вкусными, иногда их плантации состоят из одного вида. Поскольку у стегастесов нет желудочных ферментов, способных переваривать жесткие растительные ткани, они выбирают мягкие, легко усваиваемые виды водорослей.
Поддержание этих садов требует немалых усилий, в основном для их защиты от вторжения. За стегастесами очень легко наблюдать на рифе, поскольку они не боятся практически ничего, включая людей, не уплывают и не прячутся, совсем даже наоборот. Когда я проплываю над мелким рифом, ко мне тут же подплывают агрессивные маленькие рыбки, уверенные, что я собираюсь украсть их бесценные водоросли. Я видела, как большая стая рыб-хирургов — всеядных вегетарианцев — проплыла мимо, вызвав буйное волнение среди местных стегастесов. В один момент десятки ранее невидимых рассерженных садовников поднялись в столбе воды, скандаля и бросаясь на вторгшихся в их владения рыб-хирургов. Они могут даже схватить морского ежа за иглу и вытащить его за пределы своего сада. Это может показаться паранойей, но исследования показали, что если стегастесов искусственно выселить из их сада, то всего за день или два другие животные сожрут их ценные растения. Некоторые из наиболее вкусных водорослей, включая редкий вид багрянок полисифонию, были найдены только на территориях, которые защищают стегастесы. Это показывает, как рыбы и водоросли научились полагаться друг на друга.
Для кораллов сады, разведенные стегастесами, не очень полезны. Рыбы обламывают большие кораллы и убивают их, чтобы освободить место для водорослей. Размеры индивидуальных территорий этих рыб варьируют от листа А2 (примерно 42 × 59 см) до стола для настольного тенниса (сами рыбы могут быть размером с палец или ладонь). В местах, где рыбная ловля снизила численность более крупных хищных рыб — рыб, которых людям так нравится есть, — стегастесы размножились и распространили свои сады по всему рифу. Помимо уничтожения кораллов, водорослевые сады изменяют микробный состав экосистемы и стимулируют распространение болезней среди оставшихся живых кораллов. Потеря крупных хищных рыб смещает равновесие в пользу мелких рыб вроде стегастесов, и это косвенно вредит кораллам.
Помимо охоты и фермерства рыбы добывают пищу множеством других способов. Чтобы понять, насколько разнообразными могут быть пищевые пристрастия рыб, стоит только заглянуть в Великие озера Восточной Африки и посмотреть на цихлид. В результате эволюции они заняли совершенно разные трофические ниши, что, как предполагается, способствовало видообразованию и позволило разным видам сосуществовать в одном месте за счет эффективного распределения ресурсов.
Среди цихлид можно встретить любителей планктона, улиток, губок и листьев, потребителей ила, мастеров выклевывать глаза, а также рыб с пухлыми губами, высасывающих насекомых из отверстий в камнях. Некоторые цихлиды добывают пищу, притворяясь мертвыми. Они неподвижно лежат на боку, и благодаря пятнистой окраске кажется, что они начали разлагаться. Рыбы-падальщики приплывают посмотреть, что происходит, и сталкиваются с неприятным сюрпризом, когда, казалось бы, мертвая рыба вскакивает и отхватывает от них кусок. Есть хищные цихлиды, которые научились таранить головой самок других видов, вынашивающих у себя во рту мальков. Сила удара заставляет самок выплюнуть свое потомство, и хищники быстренько его проглатывают.
Вне зависимости от того, что рыбы едят, все они сталкиваются с одними и теми же проблемами жизни и питания под водой. Вода более вязкая, чем воздух, то есть, когда водные животные бросаются вперед, чтобы что-нибудь поймать, их собственное тело создает расходящуюся волну, отталкивающую от них еду. Волна также предупреждает потенциальную добычу о приближении хищника, давая ей время, чтобы спастись. Манты, скумбрии и другие фильтрующие рыбы частично избегают этого, разевая свои большие рты и позволяя воде течь через их тела, а не вокруг них. Биофильтрация — это способ питания, который работает только под водой и встречается повсеместно: от веслоносов (Polyodon spathula), процеживающих воды озер и рек Северной Америки, до загадочных пелагических большеротых акул (Megachasma pelagios), плавающих в морских глубинах с широко открытыми огромными пастями сквозь массу криля, периодически сжимая челюсти и заглатывая добычу.
Сложность охоты в воде — среде с определенной вязкостью — привела к возникновению уникальной особенности, присущей только рыбам. Распространенная стратегия рыб (особенно костистых) заключается в стремительном выдвижении челюстей вперед. Головная волна при этом меньше, а само движение значительно более быстрое, чем движение всего тела. Таким образом домашние золотые рыбки клюют хлопья сухого корма. И если вы потянете вниз нижнюю челюсть мертвого лосося или форели, то засчет группы последовательно соединенных костей их верхняя челюсть автоматически сдвинется вверх и вперед.
Рыбы обладают выдвижными челюстями уже по крайней мере 100 млн лет. За это время челюсти стали выдвигаться все дальше. Сегодня победителем конкурса «Самые выдающиеся вперед челюсти» является большеротый губан (Epibulus insidiator), тропическая рыба, способная молниеносно выбрасывать вперед челюсти в форме ротовой трубки, составляющей 65% длины ее головы. Если бы я обладала такой способностью, то могла бы, не двигая головой, схватить зубами шоколадку, висящую на веревочке на расстоянии 13 см от моего носа.
Второе место занимает акула-домовой (Mitsukurina owstoni). По-английски ее называют goblin shark (акула-гоблин), по-французски — requin lutin (акула-лепрекон), а по-испански — tiburón duende (акула-эльф). Этот вид был впервые обнаружен в XIX в., но только в виде мертвых уродливых образцов с выпяченными, кривыми челюстями, напоминавшими плохо подобранные зубные протезы. Только значительно позднее стало ясно, что живые акулы-домовые прячут челюсти, что делает их более изящными и менее ужасающими существами. Они выпячивают челюсти, только когда едят или пытаются поесть. Впервые они были засняты за этим делом в 2008 г., когда группа японских ученых поймала в сеть живых акул-домовых в глубоком каньоне в Токийском заливе. Акул осторожно подняли наверх и засняли, как они плавают в мелкой воде. Пару раз акулы пытались укусить что-нибудь, включая руку дайвера (к счастью, на нем был толстый гидрокостюм). Запись показала, что нижние челюсти акул сдвигаются вниз под углом 116°, как в зевке, а потом выстреливают вперед. Челюсти акул-домовых составляют половину длины их головы и закрываются менее чем за полсекунды — это самые далеко выдвигающиеся и быстрые челюсти среди акул.
Многие рыбы не просто постоянно борются с вязкостью воды, но и научились ею пользоваться, а именно засасывать: они выбрасывают челюсти вперед, надувают щеки и заглатывают полный рот воды, а вместе с ней добычу и частицы пищи в вязкой струе (попробуйте сами проделать это с тарелкой густого супа). В ответ у добычи в процессе эволюции развилась быстрая реакция бегства; чувствуя головную волну от приближающегося хищника, маленькие рыбы бросаются вперед на расстояние одной длины тела, которого вполне достаточно, чтобы избежать всасывания хищником.
Одними из лучших специалистов по всасыванию являются морские коньки. Как и манты, они питаются зоопланктоном, но не фильтруют воду, а всасывают мелких рачков по одному. Морской конек медленно, не создавая движения воды, заводит свое рыло прямо под жертву, затем напрягает мышцы в голове, растягивающие сухожилия, будто натягивая резинку на рогатке перед тем, как стрельнуть в кого-нибудь. Мышца высвобождает накопленную упругую энергию, и голова конька молниеносно двигается вверх, засасывая рачка. Все это занимает менее одной миллисекунды. Новорожденные морские коньки особенно хорошо это делают, что необычно для таких малышей. Многим рыбам требуется время, чтобы научиться всасывать еду. Им нужно привыкнуть координировать движение челюстей и мышц, что обычно приходит с возрастом. Однако будущие морские коньки проводят несколько недель в сумке своего отца и рождаются полностью сформировавшимися и вполне готовыми к жизни. На видеороликах, снятых в 2009 г. на высокоскоростную цифровую видеокамеру, видно, что молодые морские коньки совершают головами движения в три раза более быстрые, чем взрослые особи, и даже быстрее, чем рак-богомол ударяет своей страшной клешней, открывая раковину моллюска (а скорость его удара более 20 м/сек!).
Другая группа рыб делает все в обратной последовательности. Вместо того чтобы засасывать воду, они ее выплевывают. Семь видов брызгунов (род Toxotes), их еще называют рыбами-стрелками, используют воду как оружие. Впервые об их способности метко «стрелять» упоминается в письме, отправленном в 1764 г. из Голландской Ост-Индии члену Лондонского королевского общества. К письму прилагался зафиксированный образец брызгуна, предоставленный губернатором Хуммелем из столицы колонии Батавии. Хуммель был наслышан о повадках этих интересных рыб и хотел сам проверить, правда ли это. Он приказал поймать несколько брызгунов и поместил их в ванну с водой. Рядом поставили палку с прицепленной к ней мухой. Губернатор очень радовался, когда день за днем наблюдал, как рыбы стреляли водой в муху и всегда попадали в цель.
Последующие исследования полностью раскрыли удивительный талант брызгунов. Оказалось, что они умеют вводить поправку на преломление света на границе воздуха и воды и попадать в цели на расстоянии до 3 м, подобно тому как самцы копеллы Арнольда смачивают свои икринки, развивающиеся на листе над водой. Затем брызгуны занимают позицию, чтобы поймать упавшее насекомое. Помимо этого, они выстреливают из своих встроенных водяных пистолетов с силой, в пять раз превышающей силу, которую может создать любая другая мышца позвоночных. До недавнего времени считалось, что в основе этого таланта лежит механизм, подобный механизму молниеносного движения головы морских коньков или языка хамелеона, у которого мышечная энергия медленно накапливается в коллагеновых волокнах, а затем мгновенно высвобождается, и язык выстреливает наподобие катапульты с невероятной скоростью. Однако, как бы внимательно ученые ни искали, ничего подобного у брызгунов найти не смогли. В 2012 г. Альберто Вайлати и его коллеги из Миланского университета в Италии наконец разгадали тайну брызгунов. Вместо того чтобы полагаться на силу мышц, эти маленькие рыбки умело используют законы гидродинамики. Брызгуны выстреливают струей воды, проталкивая язык вдоль ложбинки на небе. Исследовательская группа Вайлати обнаружила, что поток воды в задней части струи, которую выстреливает рыба, имеет скорость больше, чем в передней, в результате капли из задней части догоняют переднюю и сливаются в единый водяной снаряд такой мощности, что сбивает насекомое с ветки. Когда мы бросаем игрушечную водяную бомбочку, она сначала летит по воздуху в сторону цели, но быстро поддается силам гравитации и сопротивлению воздуха, замедляясь и падая на землю. Брызгуны стреляют водяными пулями, которые, наоборот, ускоряются при приближении к цели.
Рыбы, плывущие сквозь электрические сны
Помимо вязкости, вода также характеризуется способностью проводить электричество, в миллиард раз превышающей проводимость сухого воздуха. Поэтому менять лампочку мокрыми руками — плохая идея. Но некоторые рыбы вовсе не беспокоятся об угрозах здоровью и безопасности при контакте воды и электричества, а наоборот, используют электрический ток намеренно.
Тысячи лет люди знали о рыбах, способных метать искры. В Древней Греции врачи клали электрических скатов на рожениц, чтобы помочь им справиться с болью. Древние египтяне вылавливали электрических сомов из Нила и, предположительно, использовали их для лечения людей, страдающих эпилептическими припадками. А в начале XIX в. прусский исследователь и естествоиспытатель Александр фон Гумбольдт наблюдал, как угри нападают на лошадей и мулов и топят их в мутном водоеме в Венесуэле. Эти и сотни других видов рыб обладают одной необычной способностью: они создают сильный электрический ток и умеют управлять им.
Электричество присуще всему живому. Заряженные ионы входят в клетки и выходят из них, в частности в нейронах: в результате происходит передача сообщений, сокращение мышц, формирование мыслей (электричество, текущее через розетки и электронные устройства, состоит из электронов, другой формы заряженных частиц). В большинстве живых существ электрические заряды крайне малы. Однако у многих рыб в процессе эволюции появились органы, накапливающие и усиливающие электричество и способные его направленно посылать по назначению. И только рыбы научились охотиться при помощи электрических разрядов.
Много лет назад, когда я изучала зоологию в университете, я повстречалась с электрической рыбой — нильским слоником, или рыбой-слоном (сородичем Оксиринха из древнеегипетского мифа). Я посмотрела на рыбу, которую мне выдали на практикуме, и увидела, что ее рыло было далеко не таким длинным или подвижным, как слоновий хобот. Ей больше подходило ее немецкое имя tapirfische — из-за носа, напоминающего нос южноамериканского тапира. При ближайшем рассмотрении хоботок моей рыбы оказался даже вовсе и не носом, а удлиненным подбородком.
Моей задачей было нарисовать карту электрического поля, создаваемого рыбой-слоном. Я должна была измерять электрический ток электродом, опуская его в разные точки аквариума через заданные промежутки времени. Нарисованная мною кривоватая диаграмма показала, что рыба была окружена концентрическими линиями. Это было электрическое поле, создаваемое модифицированными мышечными клетками в основании ее хвоста. Они генерировали слабый постоянный ток, которого было недостаточно, чтобы я его почувствовала, когда засунула палец в аквариум, пока никто не видел.
Я воссоздавала эксперимент, проведенный 50 лет назад в той же самой лаборатории на кафедре зоологии Кембриджского университета ученым, открывшим этот тайный талант рыб-слонов. Ганс Лиссманн увидел этих рыб в аквариуме в Лондонском зоопарке и заметил, что они умеют плавать задом наперед, ни с чем не сталкиваясь. Их глаза смотрят вперед, и они не могут видеть, что находится позади, поэтому Лиссманн задумался о том, не используют ли они какие-нибудь другие органы чувств для ориентации в пространстве. При помощи похожего на мое оборудования Лиссманн первым обнаружил слабое электрическое поле у рыб-слонов. Он понял, что эти рыбы используют электричество подобно тому, как летучие мыши используют ультразвук. Однако это была не эхолокация, а электролокация.
Затем я, как это в свое время проделал и Лиссманн, поместила стеклянную палочку, электрический изолятор, в аквариум рядом с рыбой и вновь измерила ее электрическое поле. В этот раз линии были искривлены, поскольку электрический ток тек вокруг изолятора, но не сквозь него. Моя рыба, должно быть, знала, что в аквариуме есть стеклянная палочка, и не потому, что она ее видела. Еще несколько лет назад считалось, что рыбы-слоны слепые, но недавние исследования показали, что они могут различать крупные движущиеся объекты благодаря чашеобразным структурам в сетчатке, содержащим кристаллы гуанина и усиливающим слабый свет. Все тело моей рыбы-слона было покрыто ямочками, чувствующими ее собственное электрическое поле. Изменения этого поля говорят рыбе, что рядом находится какой-либо объект.
Примерно 200 видов рыб-слонов живет в реках Африки. Они генерируют электрические импульсы, прощупывая мутную воду, чтобы заметить нарушения своего личного электрического поля при его столкновении с окружающими предметами. При помощи своих длинных чувствительных подбородков они ищут еду, спрятанную на речном дне. Чтобы обработать всю информацию, поступающую от их органов чувств, у рыб-слонов есть огромный мозг, потребляющий до 60% поступающего в их организм кислорода. У них отношение размера мозга к размеру тела близко к человеческому, но мы используем только 20% кислорода для питания своего мозга.
Миролюбивые рыбы-слоны находятся на одном краю спектра, а на другом расположен печально известный электрический угорь (рыба с занятным научным названием — Electrophorus electricus). Это не настоящие угри, а один из видов южноамериканских гимнотовых рыб, способный генерировать 600-вольтные импульсы, парализующие или даже убивающие других животных. Зоолог Кеннет Катаниа из Университета Вандербильта (Теннесси, США) познакомился с электрическими угрями ближе, чем кто-либо еще. Помимо других важных открытий, его исследования показали, что угри испускают свои мощные электрические разряды не случайно, в надежде кого-нибудь ударить, а используют их значительно более тонко и изощренно. Угорь часто начинает охоту, посылая два или три разряда в воду. Если рядом прячутся мелкие рыбы или раки, то они выдадут себя непроизвольными сокращениями мышц, вызванными электрическим током. Эти сокращения посылают волны сквозь воду, которые угорь воспринимает чувствительной к давлению боковой линией. Затем он, как электрошокер, посылает серию импульсов, которые перевозбуждают нервы жертвы, вызывая сокращение мышц и временный паралич.
Катаниа также догадался, что могло произойти с лошадьми Александра фон Гумбольдта 200 лет назад в болотах Венесуэлы. В ходе путешествия по Южной Америке Гумбольдт попросил местных рыбаков достать ему нескольких живых электрических угрей. Чтобы выполнить его просьбу, они загнали лошадей в водоем и наблюдали, как угри начали выпрыгивать из воды и яростно их атаковать. Рыбаки кричали на лошадей, не давая им убежать; две лошади в результате утонули, остальные, шатаясь, вышли на берег и потеряли сознание. Истощенных угрей рыбаки отдали Гумбольдту. Катаниа считает, что угри таким образом отстаивали свою территорию в ситуации, которая возникает каждый год. Во время сезона дождей вода из рек Амазонки и Ориноко затопляет близлежащие джунгли и саванны, и рыбы мигрируют в образовавшиеся болота. Затем, когда дожди кончаются и вода сходит, рыбы остаются в изолированных водоемах; Гумбольдт был там как раз в сухой сезон. Электрические угри хорошо знакомы с этой ситуацией и приспособились к ней: они дышат воздухом и выживают в стоячей воде. Но изоляция делает их уязвимыми, и водоемы, наполненные неспособными сбежать рыбами, привлекают хищников. Однако у угрей есть эффективный способ защиты.
В ходе своих экспериментов Катаниа видел, как пойманные электрические угри атаковали сеть, которую он использовал для вылавливания их из аквариума. Угри снова и снова нападали на сеть и выпрыгивали из воды, посылая электрические разряды в металлическую ручку. Чтобы измерить силу этих атак, Катаниа поместил в аквариум металлическую палку, соединенную с вольтметром (угри часто создавали 200-вольтные разряды). Он даже создал модель головы крокодила в натуральную величину и покрыл ее светодиодами, загоравшимися каждый раз, когда угорь бил ее током. Угри наносили мощные удары, выпрыгивая из воды и создавая короткое замыкание между своим электрическим органом и телом другого животного. Это значительно более эффективно, чем если бы угри выстреливали зарядами в воду, в которой стоит или плавает их цель.
В последнем опубликованном исследовании (2017) Катаниа непосредственно на себе испытал, насколько эффективными могут быть электрические удары угрей. Он разработал эксперимент для измерения тока, текущего через человеческую руку при атаке угря, выступив в роли подопытного животного. Выбранный угорь был относительно маленькой, 40-сантиметровой молодой рыбой, но все равно его разряды достигали 50 мА (миллиампер), что «значительно превышало порог активации ноцицепторов», как написано в статье Катаниа. Другими словами, было очень больно. Однако его рука не была парализована, мышцы не были перевозбуждены и не сократились. Катаниа считает, что атаки угрей направлены не на обездвиживание жертвы, а на то, чтобы отпугнуть хищников, болезненно ударив их током.
Катаниа уверен, что выпрыгивающие из воды угри не охотятся. Они не кусают и не жуют свою пищу и не смогли бы проглотить что-либо размером с крокодила, лошадь или человека. Он думает, что небольшие аквариумы в его лаборатории воспринимаются угрями как родные высыхающие водоемы, в которых они должны опасаться хищников, точно так же, как это происходит в сухой сезон в естественных условиях. В этой ситуации, когда к ним приближается что-то большое и угрожающее, рефлекторный ответ угря — защищаться и показать хищнику, что с ним лучше не связываться.
Чарльз Дарвин прекрасно знал, что в мировых водах обитают различные электрические рыбы. В своем труде «Происхождение видов» он рассуждал о том, как они эволюционировали: «…если бы электрические органы были унаследованы от какого-нибудь древнего предка, мы должны были бы ожидать, что электрические рыбы тесно связаны между собой». Но Дарвин знал, что электрические рыбы не являются близкими родственниками. Гнюсовые, нарковые, нарциновые скаты и скаты-торпедо относятся к электрическим пластиножаберным рыбам. На далеко расположенных друг от друга ветвях эволюционного древа, среди костистых рыб, расположились семейства электрических звездочетов (Uranoscopidae), электрических сомов (Malapteruridae), мормировых (Mormyridae) с рыбой-слоном и отряд гимнотообразных (Gymnotiformes) с электрическим угрем в своих рядах. Дарвин считал их важными примерами явления, которое сейчас называется конвергентной эволюцией, хотя он этот термин не использовал. Конвергентная эволюция происходит, когда неблизкородственные виды выглядят, ведут себя или функционируют сходным образом. Дарвин написал: «Подобно тому, как два человека иногда независимо друг от друга приходят к одному и тому же изобретению, так, по-видимому, и… естественный отбор… произвел у различных существ сходные органы».
Так, лазающие по деревьям приматы мадагаскарские руконожки и австралийские сумчатые поссумы научились использовать тот же источник пищи, что и дятлы. Все три группы животных делают отверстия в деревьях и достают личинок из-под коры; птицы используют для этого свой клюв и длинный язык, тогда как руконожки и поссумы орудуют выступающими передними зубами и длинными пальцами. Аналогичным образом рыбы приобретали электричество не менее шести раз в ходе эволюции. Дарвин поразился бы тому, как это происходило и как эволюция может раз за разом приходить к одному и тому же результату. Электрические органы наполнены электроцитами — модифицированными мышечными клетками из разных частей тела. У электрических скатов эти клетки являются модифицированными жаберными мышцами и формируют похожие на бобы структуры по обеим сторонам их круглых тел. Во время охоты скаты обхватывают добычу широкими грудными плавниками и бьют их током. Североамериканские звездочеты живут на восточном побережье Америки, закопавшись в песок, и только их глаза выглядывают наружу. Модифицированные глазные мышцы создают слабые электрические разряды, способные сбить с толку добычу или отпугнуть приближающихся хищников. Что же касается мощного электрического угря, то его тело более чем на две трети состоит из электроцитов, преобразованных из мышц, проходящих вдоль всего тела. Молекулярные исследования показывают, что все эти рыбы используют один и тот же набор генетических инструментов для создания электричества. Они следуют одному пути развития, включая и выключая одни и те же гены. Это сложный процесс, в котором мышечные клетки разрастаются, теряют способность сокращаться и вместо этого начинают транспортировать большое количество ионов через мембраны, создавая поток зарядов. Несмотря на то что электрические органы возникали как у морских, так и у пресноводных рыб, в разных частях тела и с промежутками в миллионы лет, по сути они устроены одинаково.
Конечно, не все тайны электрических рыб еще открыты, например как они умудряются не ударить себя током во время охоты. Возможно, их жизненно важные органы защищены слоями жира или их нервные окончания хорошо изолированы, но, как именно обстоят дела, с уверенностью сказать пока нельзя.
Что глотают рыбы
Название «зеленая шишколобая рыба-попугай» этот вид рыб получил не зря. У них действительно большой шишковидный лоб, а зубы срослись наподобие острых клювов. Они сшибаются лбами друг с другом в ритуальных поединках, впервые заснятых на камеру в 2012 г. Как и рыбы-наполеоны (чьи шишки на головах, насколько нам известно, не используются в драках), эти огромные рыбы-попугаи собираются вместе для размножения, и взрослые самцы соревнуются за статус, разгоняясь и сталкиваясь лбами с громким хрустом. В остальное время эти рыбы также производят довольно много шума: они питаются, соскребая с кораллов водоросли и обламывая их при этом.
На атолле Пальмира посреди Тихого океана исследователи плавали по мелким рифам вслед за зелеными шишколобыми рыбами-попугаями и внимательно за ними наблюдали, отмечая каждый откусанный ими кусок. Это была нелегкая задача. В разделе методов в опубликованной ими статье указано, что только наблюдения продолжительностью не менее 60 минут были включены в результаты. Самый долгий заплыв рядом с рыбами продолжался 5 часов 20 минут. В среднем каждая рыба-попугай откусывала коралл три раза в минуту.
Как слоны в саванне, эти существа оставляют заметный след в окружающем их мире. Когда рыбы-попугаи откусывают коралл, они теряют отломившиеся маленькие кусочки, некоторые из которых выживают, прикрепляются снова к рифу и дают начало новым колониям. Своими укусами рыбы также расчищают место для поселения новых коралловых личинок. Они выкапывают огромное количество живых и мертвых кораллов, перемешивая и перераспределяя известняк и донные отложения, и играют важную роль в динамических ритмах рифа.
Если сложить всю съеденную ими пищу за год, получается, что одна взрослая рыба-попугай поглощает от 4 до 6 т твердого известнякового рифа. Им приходится столько есть потому, что в таком коралловом рационе мало питательных веществ. Рыбья еда — это тонкая пленка живой ткани, покрывающей твердые коралловые глыбы, сложенные известковыми скелетами крошечных полипов, и из проглоченного они усваивают всего 2%. Второй набор зубов в глубине горла, так называемые фарингеальные, или глоточные, зубы, подобно мельнице размалывает коралл в пыль. Питательные вещества всасываются в длинном кишечнике, а все, что осталось, выходит с противоположной стороны.
Моча и кал рыб служат важными питательными веществами для других организмов. В начале 1980-х гг. Джуди Мейер из Университета Джорджии наблюдала за рыбами на рифах острова Санта-Крус (Американские Виргинские острова). В дневное время она видела, что в зарослях ветвящихся кораллов затаились стаи рыб ронок (род Haemulon), раскрашенных продольными голубыми и желтыми полосами, с большими серебристыми глазами. На закате ронки уплывали на ближайшую водорослевую поляну, где набивали брюхо моллюсками и крабами. К рассвету рыбы возвращались на риф, скрываясь среди ветвей своих коралловых домов, переваривая пищу и испражняясь. Мейер и ее коллеги обнаружили, что концентрации питательных веществ были в пять раз выше в воде вблизи кораллов, где жили рыбы, чем вблизи ненаселенных кораллов, скорее всего благодаря ежедневным дефекациям ронок. В течение года она наблюдала, как кораллы с постоянным присутствием рыб росли в два раза быстрее, чем аналогичные колонии, где рыбы появлялись лишь эпизодически. По-видимому, эти подвижные позвоночные своими пищеварительными трактами создают связь между двумя неподвижными средами обитания, водорослевыми зарослями и коралловыми рифами.
В более позднем исследовании эколог-ихтиолог Джейкоб Олгайер несколько лет изучал, насколько коралловые рифы зависят от мочи рыб. Практическая часть его работы, которую он выполнял в сотрудничестве с Крейгом Лейманом из Университета Северной Каролины, заключалась в отлове сотен видов рыб. Ученые помещали рыб по одной в наполненные морской водой пластиковые пакеты ровно на полчаса. Измеряя концентрации питательных веществ в воде до и после, они посчитали, сколько фосфора и азота выделяла каждая рыба с мочой и, частично, через жабры. Олгайер объединил эту информацию с данными своих коллег Эйбела Валдивии и Кортни Кокс, которым посчастливилось наблюдать за популяциями рыб на сотнях коралловых рифов на Карибах. На части рифов велся активный вылов рыбы, но другие находились под охраной, и рыбная ловля там была запрещена. Проанализировав данные, Олгайер пришел к выводу, что рифы без достаточного числа рыб могут получать вдвое меньше питательных веществ, чем здоровые рифы, населенные рыбами и обогащенные их мочой.
Баланс питательных веществ на рифах всегда неустойчив. В любой момент еды может стать слишком много или слишком мало. Рифы когда-то появились, чтобы процветать в чистых, не слишком богатых минеральными питательными веществами тропических водах; эти экосистемы крайне эффективны и постоянно перерабатывают питательные вещества, запасы которых ограничены (с другой стороны, есть экосистемы, испытывающие острую нехватку питательных веществ, такие, например, как водорослевые заросли, требующие постоянного подкармливания, которое обеспечивается поднимающимися из глубин водами, богатыми минеральными веществами). Хорошо известно, что загрязнение является проблемой для рифов: канализационные и сельскохозяйственные стоки наполняют прибрежные воды фосфатами и нитратами, в результате чего разросшиеся водоросли подавляют кораллы и занимают их место. Но есть и оборотная сторона. Рифам плохо и в том случае, когда они теряют свой естественный источник питательных веществ.
Исследования Олгайера и других ученых показывают, насколько запас питательных веществ, жизненно важных для рифа, зависит от рыб, особенно крупных рыб — самых активных производителей фекалий и мочи. Конечно, он не стал запихивать метровую рыбу-попугая в пластиковый пакет. Если бы он попытался это сделать, то понадобился бы очень большой пакет — не только из-за размера самой рыбы, но и из-за объема ее экскрементов. Когда я ныряла на Палау, рыбы-попугаи несколько раз опорожняли кишечник прямо рядом со мной, оставляя позади белый, похожий на мел струящийся шлейф. Исследователи, следившие за рыбами-попугаями на атолле Пальмира, заметили, что взрослые рыбы испражняются более 20 раз в час.
Рыбы вносят и другой важный вклад в окружающий их мир. Многие родственники шишколобых рыб-попугаев, в том числе темный (или черный) скар (Scarus niger), красно-фиолетовый скар (Scarus rubroviolaceus) и разноцветная рыба-попугай (Chlorurus sordidus), являются вегетарианцами с мощными челюстями и скусывают водоросли с рифов; одновременно они отскребают кусочки известняка. Все это проходит через кишечник рыбы и выходит с обратного конца в измененном состоянии. В 2015 г. Крис Перри из Эксетерского университета в Великобритании привез исследовательскую группу на Мальдивы, чтобы проанализировать происхождение песка, покрывающего эти низкие (средняя высота над уровнем моря составляет всего 1,5 м) острова. Исследуя остров Ваккару, ученые обнаружили, что рыбы-попугаи обеспечивают 85% песчаных отложений как на самом острове, так и вокруг него — другими словами, рыбы-попугаи построили почти весь остров из своих экскрементов. Поэтому, если вы как-нибудь будете прогуливаться по тропическому пляжу, подумайте о рыбах, неустанно жующих, проглатывающих, испражняющихся под волнами и создающих блестящий белый песок под вашими ногами.
