Рассказы о кошках, котах, котятах и других животных опубликованных на сайте — смотри тут.
Эта статья первоначально была опубликована в журнале Haka, в разделе онлайн-публикаций о науке и обществе в прибрежных экосистемах.
Океан имеет свойство переворачивать ожидания. Волны высотой в четыре этажа достигают максимума и обрушиваются без предупреждения. Свет изгибается на поверхности, создавая иллюзорные города, которые парят на горизонте. А водные пустоши оказываются совсем не такими. То же самое было с учеными на борту американского корабля Jasper летом 1942 года. Покачиваясь в неспокойном море у берегов Сан-Диего, Калифорния, физик-акустик Карл Ф. Айринг и его коллеги, которым было поручено изучить гидролокатор, который военно-морской флот мог бы использовать для обнаружения немецких подводных лодок, посылали звуковые волны в глубину. Но когда эхо их тестов вернулось, они выявили загадочное явление: куда бы ни заходил корабль, гидролокатор обнаруживал массу, почти такую же твердую, как морское дно, скрывающуюся примерно на 300 метров или более ниже поверхности. Что еще более загадочно, это ложное дно, казалось, менялось в течение дня.
У людей были свои теории — косяки? неисправное оборудование? — но, помимо регистрации аномалии, ученые опустили тайну. (В конце концов, шла война.) Только в 1945 году, когда океанограф Мартин Джонсон забросил сети в Тихий океан, чтобы посмотреть поближе, преступник был окончательно разоблачен: огромное облако морских животных, большинство из которых меньше человеческой ладони, которые каждый день перемещались из глубин океана на поверхность и обратно.
С 1940-х годов ученые разгадывали тайны этой вертикальной миграции и существ, принимающих в ней участие. До недавнего времени исследования были сосредоточены на зоопланктоне и других мелких организмах, игнорируя их более крупных хищников. Но технический прогресс позволил изучить пищевую цепочку в этом мигрирующем облаке, чтобы изучить по-разному скрытных, странных и слизистых рыб мезопелагической зоны, морской “сумеречной” зоны глубиной примерно от 200 до 1000 метров, куда проникают последние лучи поверхностного света, прежде чем раствориться в абсолютной темноте моря внизу. И это исследование начало выявлять нечто столь же важное — и загадочное — как первые документы ученых о миграции: перемещая углерод через океан, мигрирующие рыбы в сумеречной зоне, которые распределены достаточно густо, чтобы когда-то обмануть гидролокатор, также могут играть важную роль в стабилизации климата.
Сейчас исследователи пытаются количественно определить, сколько углерода у рыб в одной из самых неисследованных экосистем планеты перемещается с поверхности океана в морские глубины. Недоступность этих рыб делает эту работу более сложной, чем обычные исследования в области рыболовства, но, тем не менее, она актуальна: тот же технологический прогресс, который позволяет изучать мезопелагических рыб, также делает более заманчивым их добычу, даже несмотря на то, что изменение климата угрожает изменить экосистему.
Мезопелагическая рыба пока не используется в коммерческих целях, хотя в стадии реализации находятся проекты по изучению товарности этого вида и наилучших методов его добычи. Таким образом, ученые, работающие в этой области, редко оказываются в состоянии оценить потенциальные последствия промысла до того, как они произойдут. Но с таким количеством неизвестных остается вопрос: смогут ли они сделать это вовремя — ради рыб и нас самих?
В яркий день на поверхности океана, когда лучи света отражаются от воды во всех направлениях, может показаться, что солнечный свет — это все, что здесь есть. Часть этого света проникает под поверхность в тонкую полосу освещенного океана, известную как эвфотическая зона, где обитают все, кроме самых глубоководных водорослей, фитопланктона и почти всех видов, вылавливаемых промышленным способом. Однако ниже этого слоя солнечный свет начинает утрачивать значение, и все становится странным: вода слишком мутная для фотосинтеза, пищи доступно мало, а рыбы очень, очень странные. Возьмем рыбу-телескоп, лентообразное существо с жемчужными трубчатыми глазами и усмешкой чеширского кота в виде щетинистой пасти, или рыбу-гадюку Слоуна, челюсти которой могут разжиматься, чтобы зажать между чистыми, изысканно заостренными зубами добычу более чем на 50 процентов крупнее ее самой.
В 1932 году американский натуралист Уильям Биб отправился исследовать эту экосистему на судне, известном как батисфера (стальной шар, подвешенный к исследовательскому судну наподобие маятника). Его первые поездки на экскурсию были омрачены ужасными неприятностями, такими как протечка в районе двери на высоте 90 метров и отказ системы связи. Биб, работавший с неугасимым энтузиазмом по-настоящему одержимого, в конце концов добрался до глубины более 700 метров, где был вознагражден проблесками рыбы длиной около двух метров, с клыками, “подсвеченными либо слизью, либо непрямым внутренним освещением”, и рыбы-удильщика, увенчанной тремя щупальцами со светлыми концами. “Ни один первопроходец, вглядывающийся в марсианский пейзаж, никогда не испытывал большего трепета, чем я”, — позже написал он.
Тем не менее, что может быть самым замечательным в мезопелагических рыбах, так это не то, что они собой представляют, а то, что они делают.
Каждый день многие виды мезопелагических рыб участвуют в крупнейшей регулярной миграции на планете. В этом процессе, называемом вертикальной миграцией по диль, животные, такие как рыба-фонарь (один из самых распространенных видов мезопелагических рыб), перемещаются с глубоководья, где они защищены от хищников в течение дня, на поверхность, где они питаются ночью — путь длиной до километра для существ, чьи тела размером с iPhone в основном заняты органами, производящими свет, и большими круглыми глазами. (Вспомните сардины с огромными глазами-гуглами).
Оказавшись на поверхности, рыбы поглощают углерод, поедая зоопланктон, который сам потребляет крошечные организмы, называемые фитопланктоном, которые поглощают углекислый газ в процессе фотосинтеза. Затем рыбы уносят этот углерод в глубины, где они дышат или выделяют его; чем глубже это происходит, тем дольше углерод остается запертым. Это превращение углекислого газа в глубоководный углерод является частью биологического углеродного насоса, механизма, который способствует способности океана поглощать 25 процентов всех глобальных выбросов углерода.
Разобраться с ролью мезопелагических рыб в этом цикле, который до недавнего времени был относительно не изучен, сложно, не в последнюю очередь потому, что трудно сказать, сколько мезопелагических рыб существует на самом деле.
Сантьяго Эрнандес-Леон, биолог-океанограф из Института океанографии и глобальных изменений на Канарских островах, у побережья Испании, десятилетиями боролся с этой проблемой. В 2010 году Эрнандес-Леон участвовал в исследовательской экспедиции под руководством Испании под названием «Кругосветная экспедиция Маласпина». На протяжении примерно 60 000 километров исследователи наблюдали за мезопелагической зоной с помощью эхолотов. До этого момента большинство оценок мезопелагической рыбы, измеряемых как биомасса, производились с использованием сетей и указывали на малонаселенную экосистему. Но акустические наблюдения экспедиции Маласпина показали, что эти оценки были грубым просчетом — биомасса мезопелагических рыб составляла не один миллиард тонн, как считалось ранее, а 10 миллиардов тонн или больше, что составляет около 90 процентов всей биомассы рыб в океане.
Тем не менее, уточнение или подтверждение этих цифр является сложной задачей; сети остаются важным инструментом оценки, и многие мезопелагические рыбы почти идеально приспособлены к уклонению от поимки. Планктон в воде испускает биолюминесцентную искру при попадании в нее, и у многих мезопелагических рыб большие глаза, которые помогают им видеть эту биолюминесценцию на расстоянии до 20 метров. В результате сеть исследователя загорается, как рождественская елка, и большинство рыб просто убираются с дороги. “Нам нужна биомасса рыбы, чтобы оценить количество углерода, которое она переносит”, — говорит Эрнандес-Леон. “Если нам удается [поймать] менее 20 процентов животных, мы не знаем их реальной ценности”.
Чтобы решить эту проблему, Эрнандес-Леон и его команда разработали видеокамеры, которые можно опускать на глубину до 6000 метров. Чтобы не вызвать тревогу по поводу планктона, исследователи экспериментировали, оставив камеру неподвижной на расстоянии 170 метров, чтобы посмотреть, пройдет ли рыба перед ней, что они и сделали. Затем эти данные были сопоставлены с данными эхолота, чтобы подтвердить, что снятые рыбы были вертикальными мигрантами. “Мы оценили биомассу, и [она] была очень высокой; на порядок выше, чем мы оцениваем с помощью трала”, — объясняет он. Эрнандес-Леон и другие исследователи также экспериментируют с эхолотами, которые используют определенные частоты для более точного определения различных видов в мезопелагическом облаке.
Но, хотя общее количество рыб может быть самым большим вопросом, это не единственный.
“Если попытаться подсчитать, сколько углерода одна рыба ежедневно перемещает с поверхности моря в мезопелагическую зону, получится примерно 30 различных параметров”, — говорит Хелена МакМонагл, кандидат наук Вашингтонского университета и приглашенная студентка Океанографического института Вудс-Хоул (WHOI). Все, начиная с того, сколько кислорода и углекислого газа рыбы вдыхают и выдыхают, и заканчивая долей их экскрементов, которая опускается в мезопелагию, определяет, сколько углерода рыба переносит в глубины океана. В 2018 году WHOI запустила крупную инициативу под названием проект Ocean Twilight Zone project, направленный на лучшее понимание мезопелагического региона. В своей части проекта МакМонагл попыталась выявить основные источники неопределенности в конвейерной ленте «Рыба–углерод». Это исследование предполагает, что особенно большое влияние оказывает частота дыхания рыб, которая влияет на то, сколько углерода рыба перемещает с поверхности моря в глубины океана при дыхании в течение дня. Эта цифра может сильно различаться в зависимости от способа ее расчета. “Эти неопределенности параметров в совокупности приводят нас к шестикратному изменению только для одной рыбы”, — говорит она.
В рамках исследовательской поездки в Северную Атлантику компания McMonagle добилась определенного успеха в проведении бортовых измерений — измерении частоты дыхания только что пойманных рыб-фонарей перед их гуманной эвтаназией, — но сбор данных остается затрудненным; мягкотелые рыбы, привыкшие проводить свою жизнь на глубине до километра под поверхностью, не всегда выживают, когда их вытаскивают из воды и доставляют в лабораторию. “Они очень хрупкие”, — говорит она.
Однако лабораторная работа с другими видами может помочь дополнить картину — особенно когда исследователи исследуют не только то, что попадает внутрь рыбы, но и то, что выходит с другой стороны.
Подобно ученым-гидролокаторам 1940-х годов, Лорен Кук заинтересовалась мезопелагией с помощью эхолота. Во время прохождения летней стажировки для студентов Кук получил доступ к данным эхолота с судна, совершавшего рейсы между Нью-Джерси и Бермудскими островами. Составив график обратных рассеиваний, кандидат наук Ратгерского университета проследил волнообразные движения мигрирующих морских обитателей.
У Кука этот опыт вызвал вопросы о том, как именно рыба выводит углерод в глубины океана. Но когда пришло время защищать докторскую диссертацию, Кук вместо этого сосредоточился на более доступном виде: атлантическом менхадене, кормовой рыбе, которая обычно весит около 450 граммов и широко добывается на Восточном побережье.
Менхаден, прибрежный пелагический вид, держится в поверхностных водах и не проникает так глубоко, как мезопелагические рыбы. Но, как и у мезопелагических рыб, их экскременты способны перемещаться на очень большую глубину, и это перемещение дает рыбам возможность участвовать в биологическом перекачивании углерода.
Однако исследовать эти рыбьи экскременты в океане нелегко.
“Очень трудно найти рыбий помет; он большой, быстро тонет”, — говорит Кук. “Кроме того, выяснить, кому принадлежат эти рыбьи экскременты, когда вы их найдете, и измерить все эти объекты в полевых условиях в принципе невозможно”.
Вместо этого Кук помещал взрослых особей менхадена, пойманных местными рыбаками, в лабораторные раскопки, сытно кормил их и оценивал последствия. (Одно из таких измерений: какашки менхадена имеют длину примерно четыре миллиметра, примерно как зеленая чечевица.) Эти образцы используются для оценки образования фекальных гранул и скорости погружения — последнее является важным фактором, поскольку именно быстрая скорость погружения экскрементов рыб по сравнению с более медленной скоростью погружения экскрементов организмов, таких как зоопланктон, делает экскременты menhaden потенциально хорошим средством для экспорта углерода.
Из нескольких измерений, сделанных учеными, подсчитано, что рыбий помет тонет на сотни-примерно 1000 метров в день, говорит Кук, “в то время как эти другие более мелкие частицы могут опускаться на глубину от одного до 10 метров в день”. Это означает, что углерод из рыбьего помета с меньшей вероятностью будет возвращен обратно в воду по пути на глубину и с большей вероятностью достигнет донных отложений океана, где он может задерживаться веками.
Используя эту информацию и другие параметры, Кук строит модель для оценки того, сколько углерода популяция менхадена в целом экспортирует в глубоководные воды или донные отложения, включая заниженное прогнозируемое повышение температуры воды из-за изменения климата. Более теплая вода влияет на метаболизм рыб, что может изменить количество углерода, поступающего в глубину с экскрементами.
Что касается мезопелагических рыб, то их экскременты потенциально выбрасываются как в более глубоком месте в толще воды, так и дальше от берега, где сам океан намного глубже. Это означает, что еще более вероятно, что их экскременты попадают в места на глубине океана, где содержащийся в них углерод хранится длительное время. Но привлечение мезопелагических видов в лабораторию для более детального изучения, как это делает Кук с менхаденом, остается сложной задачей.
Грейс Саба, адъюнкт-профессор Университета Ратгерса (и советник доктора философии Кука) и руководитель международной рабочей группы по углероду рыбы, говорит, что вскрытие мертвых мезопелагических рыб для изучения фекалий в их кишечнике может помочь получить представление о весе или содержании углерода в экскрементах мезопелагических рыб, но время их переваривания — и, следовательно, действительно ли они выделяют все эти экскременты на глубине или ближе к поверхности, когда питаются, — остается загадкой. “Это будет иметь огромные последствия в зависимости от того, сколько она на самом деле транспортирует вниз и сколько остается там”.
В целом, это сложный гобелен, в котором остается много дырок; по оценкам некоторых ученых, ежегодно с поверхности океана в глубокие воды с помощью биологического углеродного насоса попадает примерно 10 миллиардов тонн углерода, при этом некоторые исследования предполагают, что от 0,3 до 40 процентов вывозится мигрирующими мезопелагическими рыбами. (Для сравнения, по данным Международного энергетического агентства, в результате глобального транспорта в 2022 году было выброшено около восьми миллиардов тонн парниковых газов.) Однако не весь углерод, который попадает в глубокие воды или отложения, остается там надолго. Согласно последним оценкам, общее количество поглощенного углерода составляет примерно 1,2 триллиона тонн, около 20 процентов из которых поступает от мезопелагических рыб, согласно одной из моделей. (Напротив, в верхнем метре почвы во всем мире содержится около 1,5 триллиона тонн органического материала.)
Но даже по мере того, как сумеречная зона и вклад рыбы в поглощение углерода начинают попадать в фокус внимания, на горизонте наметились изменения.
За последние пару десятилетий мезопелагические виды привлекли интерес как источник пищи для все более голодного мира. Это побудило к реализации таких проектов, как финансируемый ЕС проект MEESO, направленный на лучшее понимание численности и технологий промысла ключевых мезопелагических видов, который планируется завершить в 2024 году. Норвегия проводит пробный промысел мезопелагической рыбы с 2016 года, и Исландия также экспериментировала с мезопелагическим промыслом, особенно в 2009 и 2010 годах.
Это не первые случаи, когда страны погружают палец ноги в мезопелагию. Во второй половине 20 века Советский Союз, изо всех сил пытаясь обеспечить свое растущее население белком, смотрел на море. “Вы видели значительное увеличение количества денег, направляемых министерству рыболовства, что привело к истощению рыбных запасов в водах вблизи России”, — говорит Слейтер Пейн, соавтор статьи о мезопелагическом рыболовстве Советского Союза в рамках работы над проектом WHOI «Сумеречная зона». В 1970-х годах обострившееся соперничество за рыбные ресурсы, а также ужесточение международных правил привели к тому, что СССР начал промысел, для которого не было конкуренции: мезопелагическую рыбу-фонарь.
— Назначение этой пока нецелевой награды? Корм для скота, — говорит Пейн.
Эта эксплуатация мезопелагии потребовала огромных усилий по вылову рыбы в юго-западной части Индийского океана и южной Атлантике, включая использование лодок с вертолетами и рыбоперерабатывающих предприятий для поддержки флота небольших рыболовецких судов. После распада Советского Союза — вместе с его субсидиями на рыболовство — темпы развития рыболовства тоже упали.
Сорок лет спустя интерес к мезопелагическому промыслу возродился, особенно среди стран северной Европы, после того, как Маласпинская кругосветная экспедиция 2010 года представила пересмотренную оценку биомассы мезопелагов. Именно этот интерес вызвал такие инициативы, как проект MEESO, который пытается ответить как на экономические, так и на биологические вопросы о мезопелагическом рыболовстве.
Работа Рунара Йерпа Солстада, исследователя из Nofima, норвежского исследовательского института, который сотрудничал в проекте MEESO, предполагает, что маловероятно, что мезопелагическая рыба окажется у кого-нибудь на тарелке. Работа Солстада была сосредоточена на оценке пищевого потенциала одного из целевых видов, жемчужницы Мюллера, мезопелагической рыбы. Для вкуса человека результаты не были многообещающими.
“Это действительно отвратительно на вкус”, — говорит он. “По-другому и не скажешь”.
Тем не менее, как и в случае с прекратившим свое существование мезопелагическим рыболовством в СССР, большой интерес представляет использование мезопелагической рыбы в качестве корма для других животных, таких как атлантический лосось. Поскольку спрос на морепродукты, особенно в аквакультуре, как ожидается, удвоится к 2050 году, некоторые ученые и рыбаки говорят, что в конечном итоге эксплуатация мезопелагической рыбы вероятна, но это добыча, которая может иметь непредвиденные последствия.
Анализ существующего коммерческого рыболовства показывает, насколько серьезными могут быть эти последствия. В 2020 году ученые, публикующиеся в журнале Science Advances, подсчитали, что, удалив рыбу, которая в противном случае испражнялась бы и умирала — еще один способ попадания углерода в глубины океана, — люди эффективно предотвратили поглощение 22 миллионов тонн углерода.
Но помимо рыболовства, более значительные изменения в мезопелагической зоне могут быть вызваны изменением климата. Примерно 1,5 миллиона лет назад климат Земли колебался примерно на 4 ° C между ледниковым и более мягким периодами. Исследование палеонтолога Константины Агиади предполагает, что это быстрое колебание — по крайней мере, в геологическом масштабе времени — в начале среднего плейстоцена оказало значительное влияние на сумеречную зону.
Изучая окаменелые отолиты, или ушные косточки, рыбы-фонаря того периода, Агиади, аспирант Венского университета в Австрии, обнаружил, что средний размер тела мезопелагических рыб уменьшился на 35 процентов по мере потепления климата. (Более теплая вода ускоряет метаболизм рыб, в результате чего они созревают и прекращают рост при меньших размерах тела.) По словам Агиади, это имело бы последствия для биологического углеродного насоса, поскольку более мелкие рыбы преодолевают меньшие расстояния, а это означает, что в глубины океана экспортируется меньше углерода.
Хотя в эту эпоху температура повысилась сильнее, чем во всех сценариях антропогенного изменения климата, кроме наихудших, Агиади говорит, что уроки глубокого времени показывают, что существует необходимость в более глубоком понимании мезопелагической зоны и ее связи с меняющимся миром вокруг.
“У людей есть история использования вещей, которые мы не понимаем”, — говорит она. “Сейчас есть возможность опередить это и поддержать интенсивные исследования в этой области”.
Большая часть мезопелагической среды обитания находится в открытом море, за пределами границ любой страны. Как отметила Аманда Шейдеберг, кандидат наук Вагенингенского университета и научно-исследовательского центра в Нидерландах, в отсутствие национальной юрисдикции или традиционных пользователей выводы ученых о том, сколько существует мезопелагических рыб и сколько углерода они поглощают, могут определять глобальную политику. Сюда входят вопросы о том, как сбалансировать продовольственную безопасность, которую можно было бы укрепить за счет добычи мезопелагической рыбы, с необходимостью смягчения последствий изменения климата и ролью рыб в экосистеме, или как оценить в долларах потенциал поглощения углерода этими рыбами. (Однако отсутствие национальной юрисдикции также увеличивает риск непредвиденных последствий от таких видов деятельности, как рыбная ловля.) Первые контуры исследований в мезопелагической зоне предполагают, что такого рода широкие вопросы уже задаются; Грейс Саба говорит, что значительная часть быстрого роста интереса к экспорту углерода из рыбы за последние два года была сосредоточена на оценке рыбы как части решения проблемы климата с голубым выбросом углерода.
Некоторые ученые говорят, что интерес к мезопелагии рискует отвлечь внимание, в том числе от необходимости сокращения продолжающихся выбросов, которые уже выбрасывают в океан так много углекислого газа. Это также может исказить приоритеты другим образом, говорит Шейдеберг, поскольку мезопелагические исследования стоят дорого, и в них доминируют ученые из богатых стран, а это означает, что небольшая группа людей имеет потенциал для принятия решений, имеющих последствия для всей планеты.
Тем не менее, мезопелагия может также содержать урок о ценности смирения. Не так давно сумеречная зона океана считалась относительно безжизненной. Более пристальный взгляд на эту часть океана показал нам, насколько это глубоко неверно. Незаметно для нас, маленькие рыбки, путешествующие на большие расстояния, могут помогать поддерживать пригодность планеты для жизни. Самое меньшее, что мы можем сделать в ответ на услугу, — это признать, как многому нам еще предстоит научиться.
Перейти на главную.