Иллюминации
До 1815 г., когда Гемфри Дэви изобрел безопасную лампу, британские шахтеры иногда ходили на работу с ведром мертвой рыбы. При использовании открытого огня в лампах существует опасность взрыва метана в туннелях, поэтому шахтерам требовался альтернативный источник света. Ведро разлагающейся рыбы могло давать достаточно тусклого холодного света для шахтеров. Светилась не сама рыба, а бактерии, которые на ней поселялись и запускали процесс разложения плоти и костей и в особенности глаз.
Примерно в это же время, в начале XIX в., когда достижения научно-технического прогресса позволили отказаться от использования мертвой рыбы в качестве источника света, ученые начали открывать рыб, которые светились еще при жизни. В 1830-е гг. во время трехлетнего путешествия на китобойном судне судовой хирург и естествоиспытатель Фредерик Дебелл Беннетт увидел 10 светящихся рыб, поднятых на поверхность в сетях. Маленькие скопелы плавали в ведре морской воды на палубе, у них светились чешуя и ряды маленьких ямочек вдоль тел. Когда они умерли, свечение прекратилось.
Многие беспозвоночные светятся в темноте: кораллы, моллюски и медузы, многоножки и сколопендры, криль и кальмары и, конечно, жуки-светляки. Существуют светящиеся грибы (и никто точно не знает, зачем им это нужно), но, насколько нам известно, светящихся растений не существует. Точно так же в отсутствие освещения вы не увидите птиц, млекопитающих, рептилий, земноводных или любых других позвоночных, излучающих свой собственный свет. Среди позвоночных биолюминесценция встречается лишь у рыб.
Только когда начали целенаправленно проводить исследования на очень больших глубинах, стало ясно, как много рыб светится в темноте, поскольку именно там они и обитают. Долгое время считалось, что глубины океана пустынны и безжизненны. Разве могут живые существа выносить такое огромное давление и абсолютную темноту? Однако постепенно идея о том, что это стоило бы проверить — а вдруг там во мраке таится что-нибудь интересное? — завоевала популярность. И когда люди заглянули в океанские глубины, они обнаружили совершенно новый способ адаптации рыб к жизни под водой.
Поворотный момент в глубоководных исследованиях произошел 7 декабря 1872 г., когда бывший британский военный корабль «Челленджер» отчалил от острова Шеппи в графстве Кент на юго-востоке Англии.
Лондонское королевское общество обратилось с просьбой к командованию Королевским военно-морским флотом Великобритании одолжить им корабль для изучения океанов в ходе очень долгой, крайне амбициозной экспедиции. Адмиралтейство ответило согласием. Пушки были сняты, оружейные помещения переоборудованы в склады и исследовательские лаборатории. И с 21 морским офицером, 216 членами команды и 6 учеными на борту парусно-паровой корвет «Челленджер» отправился в путешествие, радикально отличающееся от его предыдущих военных миссий.
В течение тысячи дней корвет петлял по Северной и Южной Атлантике, проплыл по южной границе Индийского океана, пересек по центру Тихий океан и достиг «Великого южного ледяного барьера», как тогда называлась Антарктика. За это время было пройдено почти 70 000 морских миль. Это все равно что три раза обогнуть Землю по экватору.
По пути «Челленджер» часто останавливался и спускал за борт приборы и различные приспособления, чтобы измерять глубину, брать пробы грунта и воды, определять температуру воды и скорость течений, чего раньше в таком объеме никогда не делалось. Веревки и фортепианная струна составляли важную часть оснащения. В Тихом океане веревка со свинцовыми грузилами длиной 8184 м была опущена в Мариинскую впадину, чтобы измерить ее глубину. Это место назвали бездной Челленджера после того, как стало ясно, что экспедиция открыла самую глубокую точку океана. Веревки также использовались, чтобы затаскивать на борт траловые сети для поимки глубоководных существ. Ученые «Челленджера» исследовали «сумеречную зону», глубину между 200 и 1000 м, куда попадает тусклый синий солнечный свет и где еще не совсем темно. Они забрасывали сети и глубже, в постоянную темноту «полуночной зоны» ниже 1000 м, куда солнечный свет уже не доходит. И куда бы они ни заглядывали, всюду находилось множество странных существ. В течение последующих десятилетий как в море, так и в лабораториях ученые, участвовавшие в экспедиции «Челленджера», сформировали совершенно новый взгляд на океаны. Они обнаружили, что в глубинах живет гораздо больше странных существ, чем можно было предположить.
До экспедиции «Челленджера» было известно всего 30 глубоководных видов рыб, и они были обнаружены на глубине менее 200 м. По возвращении в Британию «Челленджер» выгрузил улов, состоящий из 144 представителей неизвестных науке вида, собранных с глубины более 5 км.
Коллекция рыб, хранящаяся в Музее естественной истории в Лондоне, впервые показала, насколько разнообразными и необычными могут быть глубоководные рыбы. Среди них есть рыбы-топорики (сем. Sternoptychidae), названные так потому, что легко представить, как можно взять такую рыбу за хвост и колоть дрова ее будто металлическим заостренным телом. Есть пеликановидный большерот (Eurypharynx pelecanoides), словно состоящий из одного сплошного рта. Его огромные, складные челюсти поглотят любую жертву, большую или маленькую, и припрячут в желудке, способном растягиваться до невероятных размеров. Там же можно встретить представителей семейства галозавровых (Halosauridae) с длинными телами, напоминающими угрей, и приплюснутыми треугольными мордами. Еще одна группа существ выглядит как мясистые, наполовину сдутые футбольные мячи с ужасающими челюстями и причудливым образованием на лбу, напоминающим рог, иногда со светящимся расширением на конце. Они принадлежат к отряду удильщикообразных, или морских чертей (Lophiiformes), включающему таких устрашающих на вид рыб, как черные удильщики, глубоководные удильщики, рогатые удильщики и уже знакомые нам бородавчатые рыбы-клоуны.
Британский морской биолог Джон Мюррей описал этих рыб в 50-томном отчете о результатах экспедиции. Он провел на борту «Челленджера» все три с половиной года и видел, что многие недавно пойманные рыбы обладали удивительным свойством: они мигали созвездиями светящихся точек на своих телах или заливали палубу светящейся слизью.
В те времена ученые не могли погрузиться в глубины океана, чтобы понаблюдать за живыми рыбами и увидеть, как они используют свои светящиеся части тела и выделяемую ими слизь. Они могли изучать только тела мертвых рыб. К счастью, даже после поднятия на поверхность многие рыбы сохранялись удивительно хорошо, и можно было предположить, чем они занимались в глубинах океанов.
Так, Мюррей предположил, что светящиеся анчоусы метались во тьме, светя огнями на хвостах и привлекая добычу, чтобы затем быстренько развернуться и сожрать ее. Он предположил, что так же ведут себя и опостомии (сем. Stomiidae). Эти рыбы длиной с руку, со ртом, полным зубов, и свисающим с подбородка усиком со светящимся концом. Этот яркий кончик, по мнению Мюррея, должен приманивать других рыб к опостомии. Ее иссиня-черная кожа покрыта светящимися белыми точками, которые, как представлялось Мюррею, могли напугать приближающихся хищников яркими переливающимися картинами, похожими, по его словам, на «тени облаков».
У многих рыб из коллекции «Челленджера» рядом с глазами расположены светящиеся мешочки, которые вполне могли давать достаточно света, чтобы рыбы видели в темноте. Они могли «посылать лучи света в направлении, которое хотели исследовать», написал Мюррей. Когда они хотели спрятаться, они могли опустить шторки и погасить свои «фары».
Сегодня, почти 150 лет спустя, ученые до сих пор совершают открытия в глубоких водах океана. Некоторым счастливчикам удается погрузиться на глубину нескольких километров внутри подводных аппаратов и понаблюдать через толстые акриловые стекла за светящимися и мигающими рыбами. На глубину отправляют флотилии подводных роботов — телеуправляемых подводных аппаратов, или ТПА, — с камерами, посылающими изображения на поверхность в реальном времени. Иногда они поднимают наверх живых светящихся существ. Такого рода исследования показывают, что многие гипотезы Джона Мюррея о том, как животные используют биолюминесценцию, были верны: рыбы с фонарями под глазами используют их для того, чтобы видеть в темноте; удильщики используют свои светящиеся усы и бороды для привлечения добычи. Однако ученые постоянно открывают всё новые невероятно интересные вещи, которые происходят в темном царстве рыб.
Добро пожаловать в квартал синих фонарей
На сегодняшний день ученым известно 1510 видов лучеперых рыб и 51 вид акул, способных светиться. Биолюминесценция появлялась в результате эволюции рыб не единожды, это происходило у разных групп рыб не менее 30 раз. Рыбы не просто светятся в темноте, они неоспоримые чемпионы биолюминесценции.
Делают они это двумя основными способами. Примерно у половины внутреннее свечение возникает в результате химической реакции, протекающей в их телах. В ходе эволюции у них появился один или несколько генов, кодирующих ферменты люциферазы. Это очень разнообразные молекулы, ускоряющие реакции с участием испускающей свет молекулы люциферина. При взаимодействии с кислородом в этой молекуле происходит разрушение связей, и она испускает фотоны света.
Откуда взялись молекулы, производящие свет, точно не известно. Разнообразные светящиеся морские существа используют одни и те же четыре типа люциферинов. Рыбы в основном используют два из них (ципридину и коэлентеразин), которые имеются и у биолюминесцентных кальмаров, креветок, медуз, морских звезд и планктона. На первый взгляд может показаться странным, что у таких разных животных обнаруживаются одни и те же световые молекулы, но все эти морские существа, скорее всего, получают их из пищи, а едят они примерно одно и то же. Именно так происходит у северной рыбы-мичмана (Porichthys notatus). В пределах ареала этого вида вдоль тихоокеанского побережья Северной Америки одни из рыб светятся, а другие нет. На юге рыбы из калифорнийской популяции покрыты сотнями ярких светящихся точек — фотофоров. Но ближе к северу в Пьюджет-Саунд в штате Вашингтон рыбы-мичманы хоть и несут в коже такие же структуры, но не светятся. Однако если их накормить нужной едой, то и эти северные рыбы начнут излучать свет. Им необходимо есть определенный тип мелких веслоногих рачков, которые живут только на юге. Предположительно веслоногие рачки обеспечивают мичманов люциферином, без которого рыбы на севере остаются во тьме.
Другая половина биолюминесцентных видов рыб не обладает врожденной способностью светиться, но приобретает ее благодаря живущим внутри них бактериям. Эти светящиеся микроорганизмы широко распространены в океанах. Вырастить их колонии нетрудно: просто возьмите пробу с выброшенного на берег мусора с помощью специального тампона, поместите ее в чашку Петри — и через некоторое время среди разросшихся микробов будут и светящиеся. Или, если вы способны терпеть запах, найдите мертвую рыбу и подождите, пока она начнет светиться, как раньше делали шахтеры.
Такие бактерии, в изобилии присутствующие в воде, по-видимому, и являются причиной редкого и жутковатого явления, когда все море светится постоянным тусклым светом. Иногда возникают такие условия, при которых пленки свободноживущих бактерий становятся настолько плотными, что запускают свечение друг друга. Один из случаев этого так называемого молочного свечения моря наблюдался в 1995 г. у берега Сомали. Оно было заснято спутником, показавшим, что свечение охватывает примерно 15 000 кв. км; по оценкам ученых, его создали примерно 40 триллионов бактерий.
Согласно устоявшейся теории, способности к свечению появилась у океанских бактерий в процессе эволюции для того, чтобы привлечь рыб и заставить их себя съесть. Бактерии поселяются на скоплениях морских органических веществ, например рыбных экскрементах, панцирях креветок, оставшихся после линьки. Если эти отходы светятся, то более вероятно, что рыбы их заметят и съедят, а бактерии попадут в идеальные для них условия — рыбий кишечник. Логичным шагом для многих рыб стало поощрять подобные вторжения и начать использовать одолженный таким образом свет.
У рыб даже развились специальные органы для размещения своих помощников-бактерий, включая свисающую приманку (так называемую эску) на конце «удочки» на лбу удильщиков. Абсолютное большинство рыб либо производят собственный свет, либо используют позаимствованных бактерий, однако существует по крайней мере один вид, который делает и то и другое. Древоусая линофрина (Linophryne arborifera), из отряда удильщикообразных, на голове несет округлую приманку, светящуюся бактериальным светом и напоминающую маленькую маринованную луковицу; с ее подбородка свисает борода, похожая на ветку водорослей, которая светится за счет внутренних химических реакций.
Тот факт, что в процессе эволюции рыбы не раз приобретали способность к биолюминесценции независимо друг от друга, говорит о том, насколько она полезна. Жизнь в темноте с возможностью создавать и регулировать собственный свет дает им огромное преимущество над всеми остальными.
Многие рыбы используют свой свет не для того, чтобы их заметили, а, наоборот, чтобы стать невидимыми. Жители сумеречной зоны на глубине 1000 м рискуют быть замеченными хищниками, смотрящими вверх и видящими темный силуэт на фоне синей толщи воды. Похожее происходит, когда вы выходите на улицу в ясную ночь вскоре после заката и смотрите на темнеющее небо, когда мимо пролетает птица или летучая мышь: вы видите темную тень на фоне синего неба. Чтобы этого избежать, некоторые рыбы несут на себе светящиеся точки, которые образуют четкие линии, ломающие их силуэт. В результате их сложнее узнать (как и императорского ангела с его желтыми и синими полосами). У многих рыб животы покрыты фотофорами, окутывающими их синим светом и маскирующими их темную тень — это явление называется контрподсветкой. Эти рыбы даже способны регулировать яркость своих «фонариков», чтобы точно соответствовать интенсивности синего света, падающего сверху, что делает их незаметными на разных глубинах и в разное время суток. Такая тактика используется многими рыбами сумеречной зоны, включая гоностомовых и миктофовых (светящихся анчоусов), самых многочисленных позвоночных на планете. Они проводят большую часть дня в своем темном царстве, искусно притворяясь, что их там нет.
У бразильских светящихся акул (Isistius brasiliensis) животы тоже светятся синим. Фредерик Дебелл Беннетт поймал этих полуметровых веретенообразных акул во время охоты на китов в 1830-х гг. и написал, что свечение придает им «истинно жуткий и устрашающий вид». Он также заметил у них на шее темную несветящуюся полосу, сужающуюся с обоих концов. Она показалась ему похожей на тень маленькой рыбы. Таким образом, предположил Беннетт, бразильские светящиеся акулы привлекают более крупных и быстрых животных — дельфинов, китов и тунцов. Когда хищники приближаются, ожидая найти еду, они вместо этого теряют кусок плоти. Акула-паразит прицепляется к их коже, вращается на месте и откусывает большой кусок. После этого она уплывает, оставляя у жертвы характерную круглую рану. Если эта теория соответствует действительности, она объясняет, как более медленные акулы догоняют и кусают быстрых хищников, у которых часто обнаруживают круглые шрамы. И это также делает бразильских светящихся акул единственными животными, использующими отсутствие света для имитации других видов, как в театре теней.
Другие рыбы используют свои синие огни, чтобы разговаривать друг с другом. Если направить луч света на светящегося анчоуса, тот подмигнет в ответ, возможно перепутав вас с потенциальным партнером, как светлячок. Опистопрокты несут у себя на животах сообщения друг другу. Долгое время об этих рыбах было мало что известно, поскольку хрупкие особи всегда деформировались в рыболовных сетях, поднимавших их на поверхность. Затем в 2004 г. живая малоротая макропинна (Macropinna microstoma) из семейства опистопроктовых была заснята на глубине 600 м у берегов Калифорнии. Ее огромные зеленые цилиндрические глаза вращаются внутри прозрачного пузыря, напоминающего шлем астронавта; по-видимому, он защищает их глаза, когда рыбы хватают кусочки еды, прилипшие к ядовитым щупальцам сифонофор, родственников медуз. Эти телескопические глаза обычно направлены вверх и высматривают силуэты плавающих над ними животных. У опистопроктов на каждом таком цилиндре есть отростки, служащие дополнительной, меньшей парой глаз. Вместо обычного прозрачного хрусталика такие глаза содержат блестящий слой фокусирующих свет гуаниновых кристаллов (опистопрокты единственные животные с зеркалами в глазах), и они собирают тусклое синее свечение биолюминесцентных животных, включая других опистопроктов. На конце их кишечника возле анального плавника расположены специальные структуры, населенные светящимися бактериями. Свет от них распространяется вдоль живота рыбы, плоского, как подошва, и загорающегося, как велосипедный отражатель. Причем это свечение служит не только для того, чтобы скрыть силуэт опистопроктов; оказывается, у разных видов на светящихся животах нарисованы различные узоры из темных пятен. Таким образом в темноте опистопрокты сообщают о том, кто они такие, что, возможно, позволяет представителям одного вида заметить друг друга.
Обитающая ближе к поверхности другая группа светящихся рыб использует свои огни для коммуникации ночью и в мутных водах. Сребробрюшковые рыбы (сем. Leiognathidae) маленькие и серебристые и обычно собираются в стаи в устьях рек и прибрежных водах. Если застать их в правильный момент, можно увидеть, как вся стая синхронно мигает. Кольцо светящейся, населенной бактериями ткани окружает их пищевод, а серебристый плавательный пузырь отражает свет. Прозрачные окошки по бокам их тела позволяют свету попадать внутрь, но они могут его блокировать, закрыв кожные шторки (диафрагмы). Без свечения сложно отличить разных сребробрюшковых друг от друга. Однако, когда они светятся, каждый вид создает особое созвездие огней и последовательность вспышек. Самки способны светиться, но они обычно не такие яркие, как самцы, — их светящиеся глоточные кольца могут быть в сто раз меньше, чем у самцов. Самцы сребробрюшковых общаются с самками при помощи своих огоньков, подбивая их приплыть и посмотреть, к чему все эти игры со светом.
Помогая рыбам узнавать друг друга — подобно разноцветной окраске гуппи и цихлид, — биолюминесценция может играть важную роль в эволюции видов, особенно в открытом океане, где нет физических барьеров, разделяющих популяции. Рыбы, использующие свет для коммуникации, обычно относятся к группам с наибольшим числом видов. В семействе миктофовых (светящихся анчоусов) насчитывается 252 вида, и у каждого свои неповторимые светящиеся узоры на голове, хвосте и боках; эти сияющие рисунки — залог обособленности видов друг от друга. С другой стороны, гоностомовые (сем. Gonostomatidae) используют свое свечение только для маскировки силуэта, а не для отправки сообщений в темноту. Известен всего 21 вид гоностомовых. Исследования показали, что скорость эволюции новых видов выше у глубоководных рыб, использующих свет для привлечения партнеров и узнавания друг друга, как у миктофовых. То же самое справедливо и для глубоководных акул. Черные колючие акулы (род Etmopterus) одни из самых мелких, многие не больше ладони в длину, и всего их 38 видов, что много для одного рода акул. Они живут в сумеречной зоне и по-разному себя освещают. Ночные акулы (Etmopterus spinax) несут острые ядовитые шипы, загорающиеся как световые мечи, предположительно чтобы отпугивать хищников. У них также имеются светящиеся узоры на теле, на боках и хвостах. Плавающие в аквариумах акулы часто поворачиваются то правым, то левым боком, в результате чего наблюдатели видят мигающий сигнал. У самцов светится даже птеригоподий (видоизмененный брюшной плавник, выполняющий у хрящевых рыб роль пениса при спаривании), который периодически вспыхивает и гаснет, предположительно являясь неотразимой и завораживающей приманкой для самок.
До сих пор мы говорили о рыбах, излучающих свет одного цвета — синего, который соответствует доходящему до сумеречной зоны солнечному свету и зрительным пигментам в сетчатке многих глубоководных рыб, которые, как правило, лучше всего видят именно синий. Однако есть одна группа светящихся рыб, отказавшаяся от синей униформы.
Некоторые рыбы из семейства стомиевых ломают все правила и генерируют красный свет. Они посылают лучи света в темноту, охотясь на добычу и общаясь друг с другом на своей собственной длине волны, как в очках ночного видения. Красное свечение позволяет стомиевым разгадать камуфляж окрашенных в красный цвет существ. Красные пигменты, которые обычно на глубине, в отсутствие красного света, выглядят черными, внезапно проявляются в темноте. Стомиевые не только создают красный свет, они еще его и видят. Их зрение приспособлено к этому самым удивительным образом.
У одного вида стомиевых, черного малакоста (Malacosteus niger), круглые красные глаза. Сетчатка глаз этих рыб улавливает красный свет при помощи необычного пигмента, служащего фотосенсибилизатором — он улучшает зрение рыб в дальней красной области спектра. Это модифицированная форма хлорофилла, пигмента растений, водорослей и бактерий, необходимого для поглощения солнечного света и фотосинтеза. Насколько нам известно, животные не способны производить хлорофилл, поэтому малакосты должны получать его с пищей. Но как именно они это делают, остается загадкой.
Конкретно эту модификацию хлорофилла производят бактерии, обитающие в иле вблизи морских отмелей и до сих пор не обнаруженные в глубоких открытых водах, где живут малакосты. Однако каким-то образом хлорофилл попадает внутрь веслоногих рачков, которыми питаются рыбы. Каким образом осуществляется связь между мелью и глубиной, до сих пор неизвестно. Поразительно, что рыбы, живущие на глубине сотен метров под водой, одолжили пигмент, который обычно ловит солнечный свет, и стали использовать его для того, чтобы видеть в темноте.
Тайные граффити
Хотя биолюминесцентные рыбы были известны с XIX в., понадобилось еще несколько десятилетий, чтобы открыть другую важную группу светящихся животных. В 1927 г. британский естествоиспытатель Чарльз Филлипс написал короткое письмо в журнал Nature. В нем он описал светящихся актиний, которых обнаружил на камнях на пляже в Торбее на южном побережье Британии. Ученый захватил несколько этих похожих на цветы животных с собой в Лондон, посветил на них ультрафиолетом и увидел, как кончики их щупалец засветились зеленым. В своем письме Филлипс предположил, что УФ-лампы будут полезным дополнением к исследовательским инструментам морских биологов, но в то время никто не последовал его совету.
Только через 30 лет УФ-лампы попробовали использовать под водой. В конце 1950-х гг. Ричард Вудбридж погрузился со своими самодельными лампами в холодные воды штата Мэн на северо-востоке США и увидел вокруг себя светящихся беспозвоночных. Как и Филлипс, он написал письмо в Nature, заострив внимание на этом полезном инструменте, но никто этим опять не заинтересовался. Вудбридж одолжил свои лампы писателю-фантасту и увлеченному дайверу Артуру Кларку, который их опробовал и упомянул в книге 1963 г «Остров дельфинов» (Dolphin Island). Кларк отправил своих героев нырять с УФ-лампами на австралийском Большом Барьерном рифе. «Кораллы и раковины, на которые падали эти лучи, казались охваченными пламенем, — написал он. — Они сверкали в темноте синим, золотистым и зеленым цветом».
В конце концов биологи поняли, что к чему, и начали светить ультрафиолетом на разных животных, обнаружив при этом, что многие светят в ответ. Пауки, скорпионы, волнистые попугайчики, бабочки, зоопланктон, кораллы, моллюски и раки-богомолы способны ярко светиться. Они делают это, не генерируя свой собственный свет, но умело используя свет вокруг. Это не биолюминесценция, а флуоресценция. И исследователи начали находить множество рыб, покрытых такими тайными граффити.
На восточной стороне острова Дравака, одного из цепочки лесистых островов архипелага Фиджи, расположена полоса песка, известная как пляж Восходящего Солнца (Санрайз). Только что наступила ночь, и когда я вижу в море отражение полной луны, то мне приходит на ум, что он должен называться пляжем Восходящей Луны.
После короткой прогулки от дайв-центра через остров мой акваланг впивается в спину, и я испытываю облегчение, погружаясь в прохладную воду. В течение нескольких секунд я держусь на поверхности, надевая ласты и разбираясь с оборудованием, которого в этот раз больше, чем я обычно беру с собой на погружение.
Я проверяю два водонепроницаемых фонаря, свисающих на веревках с моих запястий; один светит обычным белым светом, второй — темно-синим. На моей шее висит пластиковая желтая маска, которую, когда настанет время, я надену поверх своей обычной маски для ныряния. Я чувствую себя покорительницей космоса, собранной из лего.
Я нажимаю на кнопку и выпускаю воздух из куртки для дайвинга, затем погружаюсь в темную воду и чувствую, как меня охватывает чувство умиротворения. Я всегда любила ночные погружения. В первый раз я думала, что мне будет холодно и страшно и я потеряюсь во тьме. Мне казалось, что это будет как в ночном лесу, мой разум выдумывал невидимых чудовищ, таящихся прямо за границей луча моего фонаря. Однако почему-то ночью под водой все воспринимается совсем иначе. Ты чувствуешь себя спокойно и предаешься созерцанию, в окружении успокаивающей темной воды и мирно спящих рыб.
Передо мной мои товарищи по дайвингу плывут каждый в своем круге света, и пузырьки выдыхаемого воздуха поднимаются вверх, словно светящиеся серебром молитвы, обращенные к небу. Мой белый фонарь разрушает тьму, возвращая красный и оранжевый цвета, которые так быстро теряются на глубине, даже при струящемся сверху солнечном свете. Все кажется более четким, чем когда я погружалась здесь днем. Я аккуратно опускаюсь на дно и встаю на колени на морском песке, готовясь увидеть то, чего раньше никогда не видела.
Надев желтую маску, я выключаю белый фонарь и на одну волнующую секунду оказываюсь в полной темноте. Я закрываю и открываю глаза и не вижу никакой разницы. Затем я нажимаю на кнопку на своем синем фонаре, и в одно мгновение мир вокруг меня преображается.
Несколько секунд назад риф вокруг меня был полон приглушенных зеленых и коричневых оттенков. Теперь он стал странной светящейся страной чудес. Задний фон приобрел глубокий бархатистый багряный цвет. Ветвящиеся кораллы тянутся вверх неоново-зелеными пальцами с фиолетовыми кончиками. Мозговые кораллы покрыты зелеными и красными извилинами. Со всех сторон меня окружают светящиеся точки, будто звездное небо упало в море.
Моя волшебная палочка — это синий свет. Куда его ни направишь, повсюду риф и его обитатели светятся в ответ. Крошечная морская улитка ползет на своей нежно-зеленой ноге, неся на спине ярко-красную спиральную раковину. Одинокая актиния размером с мою ладонь раскрывает светящиеся желтым щупальца, а затем подтягивает их по одному к центру, будто облизывает свои пальчики.
Чтобы проверить, что я не сплю, я снова включаю белый свет, и на краткое время риф для меня обретает свой обычный облик. Затем я переключаю фонарь на синий свет и вновь падаю в кроличью нору. Передо мной сидит ящероголовая рыба. Обычно это не самые эффектные создания. У них пестренькая бежевая окраска, позволяющая слиться с морским дном, где они неподвижно сидят, надеясь быть незаметными. Но в моем синем луче ящероголов сияет с головы до кончика хвоста кислотно-зеленым цветом, отбрасывая яркую тень на окружающий песок. Рядом находится султанка с двумя длинными усами под подбородком, которые будто бы окунули в флуоресцентно-желтую краску. На дне отдыхает групер, испуская неравномерное красное сияние.
Не все рыбы светятся в моем синем луче. Рогатый занкл (или мавританский идол) прячется в маленькой пещерке, похожий на серую размытую тень, будто плохо проявленный негатив самого себя. Но когда я заглядываю под коралл, то нахожу там маленькую рыбу из спаровых, повернутую ко мне спиной. В дневном свете эта рыба наполовину белая, наполовину черная, с белыми линиями, отходящими от глаз. Сейчас ночью в синем свете у нее появились новые зеленые полосы на боках. Я наблюдаю за ней несколько секунд, пока она не поворачивается ко мне лицом с надутыми, словно накрашенными ярко-красной помадой губами.
До этого погружения я никогда не видела флуоресцентных узоров на рыбах. Они всегда существовали, но я упустила этот калейдоскоп красок, поскольку, как большинство исследователей и дайверов, смотрела на него не так, как надо.
У всех светящихся рыб, встреченных мною на Фиджи, в коже содержатся флуоресцентные пигменты, которые играют с цветами, преобразуя ультрафиолет в излучение с другой длиной волны. Пигменты поглощают синий свет моего фонаря, а затем испускают свет другого цвета. Обычно лучи с более короткой длиной волны — ультрафиолетовые или синие — поглощаются и вызывают испускание света с большей длиной волны и дальше в сторону зеленого, желтого и красного частей спектра. Это происходит, когда под действием фотонов света молекулы пигмента приходят в возбужденное состояние и их электроны на короткое время перескакивают на другой, более высокий энергетический уровень, а потом спускаются обратно с высвобождением световой энергии. Это очень быстрый переход, то есть флуоресцентные молекулы светятся лишь тогда, когда на них падает свет, в отличие от фосфоресцентных циферблатов часов или светящихся в темноте звезд на потолке спальни, которые «впитывают» фотоны и испускают свет долгое время после этого.
Различные флуоресцентные вещества изменяют длины волн падающего света. Одной из самых распространенных флуоресцентных молекул является хлорофилл, благодаря которому многие кораллы светятся в синем свете: одноклеточные водоросли, живущие в их тканях, содержат флуоресцентный хлорофилл, меняющий синий свет на красный.
Возможно, наиболее известным светящимся морским созданием, по крайней мере в научных кругах, является медуза, которая одновременно обладает и биолюминесценцией, и флуоресценцией. В природе эти маленькие нежные создания, известные как гидромедузы эквореи, плавают в течениях Тихого океана вдоль западного побережья Америки. Они прозрачные, но загораются зеленым, если сталкиваются с чем-нибудь. Это световое шоу состоит из двух этапов. Сначала химическая реакция в белке, названном в честь этой медузы экворином, создает фотоны синего света — это биолюминесцентная часть. Затем этот синий свет падает на флуоресцентный белок, который смещает длину волны и заставляет медузу светиться зеленым.
Эта вторая молекула — зеленый флуоресцентный белок, или ЗФБ, — была впервые выделена в 1960-е гг. и совершила революцию в научных исследованиях. Клонированная версия ЗФБ есть практически в любой лаборатории, где она позволяет пометить определенный ген и посмотреть, где и когда он включается в живых клетках или органах, просто осветив их УФ или синим светом. ЗФБ пролил свет на разрастание раковых клеток и позволил проследить, как нервы растут и соединяются внутри мозга. Он используется для получения с помощью генетической инженерии светящихся в темноте рыб, которые должны реагировать на загрязнение. Когда генетически модифицированная данио-рерио плывет по загрязненной воде, она дает об этом знать своим ярким свечением. Светящиеся генетически модифицированные рыбы теперь продаются как аквариумные. И в последние несколько лет стало ясно, что многие рыбы флуоресцируют и сами по себе, без генетических вмешательств. Их тайные граффити были обнаружены совершенно случайно.
На берегу Красного моря в Египте Нико Михилс, морской биолог из Тюбингенского университета в Германии, решил совершить погружение в маске, покрытой красной пластиковой пленкой. Он хотел посмотреть, насколько быстро красный свет от солнца теряется при погружении в море.
«Было страшновато», — сказал мне Нико, когда мы болтали по скайпу. По его словам, уже на глубине 5 м стало довольно темно. На 10 м ему казалось, что он ныряет ночью, хотя это происходило посреди дня в тропиках. Весь красный свет в воде вокруг него пропал, а его модифицированная маска блокировала все остальные лучи с другой длиной волны, поэтому для него не осталось света, чтобы он мог что-то видеть.
«Я не мог разглядеть даже свой подводный компьютер, — рассказал Нико. — И еле видел своего товарища».
Постепенно глаза Нико адаптировались к мраку, и он начал замечать кораллы на рифе, слабо светящиеся красным; это хлорофилл симбиотических водорослей испускал красный свет.
Затем он внезапно заметил пару маленьких красных глаз, смотрящих на него. Похожая пара глаз смотрит на меня с экрана моего компьютера. Аватар Нико в скайпе — это рыба бычок, который выглядит так, словно надел большие красные очки.
«Я пришел в дикое волнение», — сказал Нико. В то погружение почти все остальные рыбы были для него невидимыми, кроме красноглазых. Там, в этом странном красном мире, он понял, что увидел нечто особенное.
В то время не было научных публикаций о флуоресцентных рыбах. Нико предполагает, что светящихся рыб попросту упустили из виду, потому что люди увлеклись ночными погружениями с УФ-светом, когда большинство рыб прячутся и спят. Мне очень повезло увидеть несколько рыб во время моего ночного погружения на Фиджи.
«По правде говоря, никто не был насколько туп, чтобы наклеить красный фильтр на свою маску, — сказал мне Нико, — поскольку результат был предсказуемым: ничего не будет видно».
Но то, что Нико увидел, вдохновило его заняться совершенно новой областью исследований. До этого он в основном изучал половую жизнь земляных и плоских червей. Но после того «красного» погружения Нико переключился на светящихся рыб. Следующие несколько лет он провел в их поисках, ныряя по всему свету в своей красной маске. Нико и его группа привезли рыб в лабораторию в Германии и, посветив на них УФ и синим светом, показали, что многие из них не биолюминесцентные, а флуоресцентные.
В первой статье об этом, опубликованной в 2008 г., группа Нико описала более 30 выявленных ими флуоресцентных рыб. Многие рыбы несут красные круги вокруг глаз, некоторые целиком светятся красным. После первых открытий Нико другой ученый, Джон Спаркс из Американского музея естественной истории, создал группу, которая собрала коралловых рыб из разных океанов и закупила рыб у поставщиков для аквариумов. Используя синий свет, они увидели, что, помимо красного, рыбы могут светиться зеленым, оранжевым, а некоторые покрыты разноцветными светящимися узорами и выглядят так, будто постоянно живут в ярком мерцающем свете дискотек. Любопытно, что эти рыбы находятся на самых разных веточках эволюционного древа: существуют флуоресцентные акулы и скаты, камбалы и бородавчатки, морские собачки и бычки, спинороги, морские коньки, угри, барабульки и губаны.
К тому моменту, как в 2014 г. вышла статья Спаркса, Нико Михилс уже не сомневался, что многие рыбы способны к флуоресценции, и поставил более фундаментальную задачу: узнать, как это явление развивалось в эволюции и зачем рыбы его используют. Как он видел при погружении с красной маской, большая часть красного света солнца поглощается и исчезает уже на глубине 10 м. Без красного света красные пигменты теряют свой цвет и кажутся серыми или черными (по этой причине, как мы видели раньше, красный хорошо подходит для маскировки под водой). Флуоресцентные морские существа ломают этот закон физики, превращая доступный им синий свет в отсутствующий красный. Они создают цвета, которых как бы нет.
Нужно понимать, что освещение рыб синим светом и их свечение в ответ, как было на Фиджи, не естественное явление. Это показывает, что в их коже содержатся флуоресцентные пигменты, но сами рыбы видят друг друга иначе. В отличие от медуз экворей, содержащих биолюминесцентный экворин, большинство рыб не носят с собой синие фонари, чтобы освещать себя. Флуоресценция по своей природе малозаметное явление.
Однако кое-что я сделала, как рыбы: надела желтый фильтр на свою маску. У многих рыб желтые глазные яблоки, поэтому они видят мир словно через желтые солнечные очки, акцентирующие лучи света с большей длиной волны: красные, оранжевые и желтые, что потенциально улучшает их восприятие флуоресцентных цветов. А это важно, поскольку в отсутствие дайвера с фонарем флуоресценция рыб еле различима. Вполне вероятно, что во время ночного погружения на Фиджи лунный свет естественным способом запустил бы флуоресценцию рыб вокруг меня. А днем флуоресцентные цвета рыб проявляются благодаря большому количеству синего солнечного света в воде.
Главный вопрос заключается в том, зачем они производят эти пигменты и в особенности почему флуоресценция появлялась в эволюции рыб неоднократно? Во время своего последнего исследования группа Нико обнаружила 272 вида рыб, флуоресцирующих красным светом. Многие из них охотники, проводящие свое время на дне в надежде, что их никто не заметит. Среди этих полагающихся на камуфляж хищников-засадчиков скорпены и камбалы, ждущие, когда ничего не подозревающая добыча окажется в пределах досягаемости. Флуоресценция делает их еще менее заметными, покрывая их кожу светящимися пятнами, сливающимися с богатыми хлорофиллом водорослями рифа.
Как их биолюминесцентные сородичи, многие рыбы используют флуоресценцию для коммуникации. У многих флуоресцентные пятна расположены на плавниках, и они могут быстро показать их друг другу и спрятать до того, как будут замечены хищником. Морды самцов циррилабруса покрыты красными флуоресцентными узорами, которые, возможно, позволяют им замечать незваных гостей. Это злобные маленькие рыбки; если им показать зеркало, они принимают угрожающую позу и пытаются начать драку с собственным отражением, принимая его за другую рыбу. По крайней мере, если они освещены обычным белым светом. Когда коллега Нико Тобеас Герлах поставил перед зеркалом фильтры, блокирующие красный свет, самцы не могли видеть флуоресцентные узоры и становились значительно менее агрессивными. Это означает, что флуоресценция может служить плакатным цветом, проявляющимся способом, о котором Конрад Лоренц даже не подозревал.
У Нико есть еще одна идея, которая может объяснить, почему так много флуоресцирующих рыб. Недавнее исследование под руководством Нильса Антеса показало, что красная флуоресценция широко распространена среди мелких хищников, например бычков. Они охотятся на еще более мелкую добычу, типа креветок, которые очень хорошо замаскированы на морском дне и практически незаметны, но кое-что их выдает — это глаза. Нико и его группа полагают, что флуоресцирующие глаза этих маленьких рыб, включая ту, которую он встретил в Красном море, на малых расстояниях могут светить достаточно ярко, чтобы глаза их добычи засветились под их воздействием.
Сделайте фото кошки или крокодила ночью со вспышкой, и вы увидите в темноте их светящиеся отраженным светом глаза. Флуоресцентные рыбы могут проделывать нечто подобное, только используя собственные глаза вместо лампочки. Красный свет одной пары глаз может заставить светиться другую. «Креветки, — говорит Нико, — очень хорошо замаскированы, за исключением глаз. Если заставить их глаза блестеть, камуфляж будет нарушен».
Его теория блестящих глаз может означать, что некоторые флуоресцентные рыбы используют трюк с изменением света так же, как фонареглазовые и малакосты используют свои биолюминесцентные фары, но только с менее ослепительным результатом. Как отмечает Нико, не все рыбы хотят выделяться и привлекать внимание: «У них наверняка для этого есть очень тонкие механизмы».
Однако, поскольку Нико новичок в области зрения рыб, ему приходится прикладывать много усилий, чтобы его идеи были приняты более маститыми учеными. «Чтобы убедить всех остальных, понадобится время», — признает Нико. Его группа рассматривает флуоресценцию рыб во всех возможных аспектах: что глаза рыб улавливают, как это влияет на их поведение, как они контролируют флуоресцентные узоры на своих телах. По словам Нико, они пока только выстраивают свои аргументы.
Одновременно Нико будет пытаться понять, что происходит в голове рыб, светящийся взгляд которых он случайно заметил в своей красной маске. Как он говорит, «на этом пути нас ждет еще множество подсказок».
