Чтобы выжить в холодном климате

Одни виды живых организмов живут в полярных районах круглый год, другие появляются здесь лишь в определенные сезоны. Одни постоянно находятся на краю гибели, другие только в полярной среде и могут существовать. Всех объединяет одна черта: они приспособились к жизни в полярных условиях. Это означает, что они обладают свойствами, которые соответствуют как биотическим так и абиотическим особенностям окружающей среды и позволяют им противостоять стрессам, которым подвергает их полярный климат. Эти свойства они приобрели в процессе эволюции, откликавшейся на изменения ледниковой эпохи, в которой мы все еще живем в настоящее время.

В цепи эволюционной адаптации не может быть слабого звена, иначе наступает гибель. Каждый биологический вид нуждается в пище, в пристанище, каждый должен успешно размножаться, взаимодействовать с соседями, регулировать свои собственные физиологические механизмы. Адаптационная стратегия включает морфологические приспособления, т. е. определенную величину и форму тела, теплоизоляцию, например мех и подкожный жир, механизмы охлаждения, такие, как плавники, хвосты, уши, широкие лапы для передвижения по снегу и т. д. Включает она и физиологические приспособления - энзимы, лучше всего работающие при низких температурах, «антифриз» в крови и даже полное отсутствие гемоглобина и красных кровяных телец у целого семейства антарктических рыб. Она включает также поведение, иногда просто поразительное, благодаря которому живое существо выживает в полярных районах, хотя оно явно лишено необходимых для этого морфологических и физиологических предпосылок. Новорожденный морж не мог бы выжить на льду, если бы не тепло материнского тела. Лемминги не выжили бы, если бы не прятали запасы растительной пищи под изолирующий слой снега, покрывающий их зимние норы в тундре. Гладкие киты перекочевывают летом в полярные районы, где могут подкормиться изобильным там в это время года планктоном, но гренландский кит составляет исключение: он не хуже полярных тюленей и моржей приспособился к постоянному пребыванию среди морских льдов. Полярные районы как бы „отфильтровывают" проникающие сюда из других климатических зон организмы. Чем ближе к полюсу, тем меньше встречается видов - пришельцы из местностей с более мягким климатом чаще всего не выдерживают здешних суровых условий. И все же многие выдерживают. Из них некоторые адаптируются настолько хорошо, что уже не могут жить в другом месте. В отдельных случаях процесс эволюционной адаптации породил удивительные параллелизмы и конвергенции. На противоположных концах Земли встречаются виды = двойники, подчас даже не состоящие в близком родстве. Параллельные линии эволюции, когда у довольно близких друг другу видов складывается похожая стратегия жизни, можно проследить на тюленях, обитающих на льду. Примером же конвергенции являются антарктические пингвины и их арктические двойники - бескрылые гагарки: вряд ли связанные хотя бы отдаленным родством, они ведут сходный образ жизни.

Обратимся к рыбам. Эндемичных семейств рыб, т. е. обитающих здесь и больше нигде, Арктика лишена. Зато в Южном океане все почти точно наоборот. Из 120 видов южноокеанских рыб около девяти десятых являются эндемиками. К нототеноидным рыбам Notothenoidei (этот подотряд не имеет обиходного наименования, отчасти потому, что в Антарктике не подвизаются рыбаки, которые могли бы как-нибудь окрестить этих рыб ( Рыболовный промысел в Южном океане, например на 1980 г., дает следующую цифру улова: 529 000 т (Year book of fishery Statistics, 1981). - Прим. ред.)) относятся три четверти всех видов, встречающихся на континентальном шельфе. Наличие такого большого подотряда, богатого видами, - следствие длительной изоляции Южного океана от других океанов. В ходе эволюции нототеноидных рыб образовались формы, очень сходные с другими семействами, распространенными далеко от Антарктики. Это удивительный пример конвергентной эволюции, т. е. одинаковой эволюции видов, имеющих разное происхождение. Например, в антарктическом семействе нототениевых (Notothenidae) имеются виды, сильно напоминающие терпуга и треску из северного полушария. В числе этих видов -антарктический клыкач ( Dissostichus mauwsoni),самая крупная из антарктических рыб: в длину она достигает до полутора метра, весит от 50 до 70 кг. Кстати, известно, что тюлени Уэдделла выталкивают этих гигантских рыб на лед и не спеша пожирают. Другие нототениевые гораздо меньше, в том числе привыкший к очень низким температурам трематом-пестряк (Trematomus bernacchii), обитающий под припаем. Один род этого семейства, Pleuragramma, включает антарктическую серебрянку, единственную в Антарктике по-настоящему пелагическую рыбу, питающуюся планктоном. Хищные рыбы Южного океана (Harpagiferidae) напоминают северных коттункулов - и те, и другие вооружены обычно длинным усиком на нижней челюсти. Антарктические плосконосы Bathydraconidae вытянуты в длину и с виду походят на щук, но в отличие от них предпочитают лежать на дне. И наконец, самые необычные из всех обитателей Южного океана - белокровные рыбы (Channichthyidae), лишенные красных кровяных телец и гемоглобина. Эти крупные рыбы, ведущие хищнический образ жизни, также обладают известным сходством со щуками. Антарктические рыбы служат живым опровержением мнения, будто фауна полярных районов лишена разнообразия. Конечно, здесь общее число видов меньше, чем в умеренных зонах или в тропиках, но где еще на Земле можно встретить такое изобилие китов, тюленей, гагарок, пингвинов и нототениевых рыб? Многие группы животных, эволюционировавших здесь, больше нигде не встречаются.

Высшая степень адаптации

Распространенная в Южном океане длинноперая белокровка Pagetopsis macropterus плывет над самым дном, затем останавливается передохнуть на каком-нибудь удобном выступе, например на губке. Через полминуты она снова пускается в путь, не очень дальний, делая с помощью гребных движений крылоподобных грудных плавников два-три метра в минуту. Если поймать ее и выпустить в воду в нескольких метрах ото дна, она, проплавав с минуту, медленно опустится вниз. Спугнутая подводным пловцом, рыба широко раскрывает пасть, растопыривает жаберные крышки, подымает спинной плавник, раздувает грудной плавник, тело выгибает -словом, явно принимает угрожающую позу. Быстро обратиться в бегство она не в состоянии. Белокровка не может позволить себе такие большие затраты энергии, так как у нее отсутствуют красные кровяные тельца, которые снабжают ткани кислородом.

Такими клетками обладают все позвоночные, за исключением большинства антарктических белокровных рыб из семейства Channichthyidae. Точнее, у некоторых белокровных рыб красные кровяные тельца составляют до 30 процентов твердого вещества крови (тогда как почти у всех остальных позвоночных - 95 - 99 процентов), но у подавляющего большинства белокровных рыб они полностью отсутствуют, а следовательно отсутствует и гемоглобин. Это возможно только в Южном океане с его всегда холодной водой: ведь чем холоднее вода, тем больше кислорода она содержит. Предполагают, что и нототеноидные рыбы склонны к низкому содержанию красных кровяных телец; эти рыбы, можно сказать, анемичны. Этот недостаток компенсируют многими способами, в частности понижением активности. Последними исследованиями доказано, что емкость их сердца и объем крови больше, чем у других рыб, кровь движется быстрее. В коже и плавниках расположено множество капилляров, с помощью которых они извлекают кислород из воды. По-видимому, потребовалась многолетняя эволюция, чтобы возникло столь совершенное приспособление, каким является отсутствие красных кровяных телец. Неясно только, какие преимущества оно дает. В богатых кислородом водах Южного океана потребность в красных кровяных тельцах меньше, но полное их отсутствие вынуждает к менее подвижному образу жизни.

В Арктике рыбы, лишенные красных кровяных клеток, не могут существовать. В ее рыбной фауне преобладают пришельцы из северных вод умеренной зоны, такие, как сельдь, треска, лосось, сиг, палтус. Шельфовые воды и реки Арктики летом прогреваются на поверхности до 10 °С и более, рыбам приходится адаптироваться к такой высокой температуре, а это требует сохранения нормального числа красных кровяных клеток. Тихоокеанская сельдь ( Clupea pallassi) фактически обитает в умеренных зонах, нерестится же повсеместно в Арктике. Она мечет икру у самого берега; каждая самка выметывает 20 тыс. икринок, и наибольшая выживаемость потомства у тех рыб, которым удалось выметать икру на растения: вокруг них быстрее циркулирует вода. На всем шельфе Арктического бассейна можно встретить сайку, или полярную тресочку ( Boreogadus saida),она также нерестится в прибрежных водах. Случается, что в заливах и бухтах скапливаются миллионы этих рыб. И сельдь, и тресочка служат важной статьей питания для тюленей и китов и составляют неотъемлемое звено арктической пищевой сети, связывающее зоопланктон и морских млекопитающих.

Взаимосвязанность всего живого

Животные и растения, существующие и взаимодействующие на одной территории, будь то озеро, тундра или море, образуют сообщество. Взаимодействуют они, конечно, многообразными способами. Некоторые виды симбиотичны и зависят друг от друга ко взаимной выгоде; так, растущий в тундре лишайник представляет собой не одно растение, а два - водоросли и грибы, живущие вместе. Подобный симбиоз часто принимает форму паразитизма - один партнер извлекает выгоду для себя во вред другому. Но большинство видов связаны не так тесно, и для понимания их взаимозависимости рассмотрим пищевую сеть. Прежде говорили не о сети, а о трофической цепи, показывающей, кто что ест и что кем съедено. Она предполагает различные трофические уровни: на первом помещаются фотосинтезирующие продуценты; на втором - травоядные; на третьем - плотоядные и, наконец, редуценты, возвращающие основные питательные вещества со всех уровней обратно на первый. Классическим примером пищевой цепи служит такая: олений мох Cladonia (на самом деле это лишайник) - карибу - волк. Или: фитопланктон - криль - синий кит. Общая масса организмов, отнесенная к единице площади, называется биомассой; она пропорционально уменьшается на каждом последующем уровне пищевой цепи. Как показывает опыт, биомасса второго уровня меньше первого на 80 - 90 процентов, и на столько же биомасса третьего уровня меньше второго. Один килограмм биомассы с первого уровня на втором превращается в 100 или 200 г, а на третьем - в 10 или 20 г. Иными словами, если положить на весы все, что есть в тундре живого и мертвого, - лесные растения, зверей, насекомых и т. д., - то больше всего потянут живые растения и отмерший растительный материал, а меньше всего хищники. В этом отношении сообщества, существующие на дне водоемов - бентические, в какой-то мере напоминают наземные, особенно если находятся на мелководье, куда поступает достаточно света для процесса фотосинтеза. Но пелагические сообщества кардинально отличаются от наземных и придонных. В пелагиали нет растений, аналогичных произрастающим на суше, нет и бурых водорослей, встречающихся в других морях близ берегов. Растительность на берегу или просто на суше живет годами, и в ее тканях часто находятся в связанном виде питательные вещества, например углерод. Недаром древесные растения получили название "узкого места экосистем": требуются годы, чтобы целлюлоза, образующая древесину, распалась и из нее высвободились питательные вещества. В море процесс высвобождения питательных веществ и весь круговорот их протекают иначе. Если взвесить все живое вещество морского сообщества, то микроскопические животные организмы, называемые зоопланктоном и кормящиеся растениями, окажутся тяжелее остальных членов сообщества, даже фитопланктона или китов с тюленями. Растения компенсируют недостаток биомассы огромной продуктивностью, размножаясь с такой быстротой, что их ежегодный прирост во много раз превышает биомассу зоопланктона, хотя в каждый данный момент он меньше. Эта особенность моря графически выражается перевернутой пирамидой биомасс: огромная биомасса некоторых арктических веслоногих ракообразных и антарктического криля превышает биомассу их растительной пищи.

Дело, однако, обстоит не так просто, как это представляется пищевыми цепями и пирамидами, где каждый вид располагается на своем собственном трофическом уровне. Некоторые животные весьма разборчивы в пище, синие киты, например, питаются только зоопланктоном. Но вот бурый медведь ест все подряд: ягоды, рыбу, птиц, лосятину... У каждого животного есть набор излюбленных видов пищи, и его вкусы меняются со сменой времен года и по мере того, как те или иные продукты становятся годными к употреблению. А когда животное умирает, то на каком бы уровне цепи оно ни находилось, его останки становятся добычей трупоедов или разлагаются. Однако в полярных областях разложение происходит медленно, и труп может быть съеден, прежде чем оно завершится, - в полярных сообществах много охотников до мертвечины. Экскременты также разлагаются медленно и в свою очередь могут послужить кому-нибудь пищей. Поэтому в применении к полярным областям лучше говорить не о прямой пищевой цепи, а о пищевой сети. В ней сохраняются трофические уровни и пирамиды биомассы, но виды не всегда точно вписываются в свои ниши. Право же, чрезмерная точность порою бывает излишней. Некоторые виды, входящие в полярные сообщества, употребляют непомерные количества пищи. Обитатель арктической тундры карибу питается низкорослыми растениями, в частности оленьим мхом. Каждому карибу требуется ежедневно в среднем 2 - 3 кг пищи. Сто тысяч карибу общим весом около 10 млн. кг уничтожают ежедневно 200 - 300 т тундровой растительности, которая появляется почти исключительно летом. Продуктивность квадратного километра тундры не очень велика, и, чтобы прокормиться, оленьим стадам приходится кочевать по бескрайним просторам Арктики. Поэтому залогом устойчивости популяций карибу может быть только обширность его области распространения. Любые сокращения ее площади неизбежно вызовут серьезные последствия для численности стад карибу.

Еще более убедительные примеры взаимозависимостей живых организмов дает океанское сообщество. Морж весит в среднем около тонны. Все поголовье моржей, обитающих в северных водах за Беринговым проливом, весит не меньше 150 тыс. т. На этих широтах моржи могут найти воду и пищу в виде изобилующих на дне беспозвоночных только на глубине 50 - 150 м. Каждое стадо дружно кормится в течение 36 - 48 часов, а потом столько же времени отдыхает. Взрослое животное, весящее от одной до двух тонн, за день потребляет корма в размере пяти процентов веса своего тела, т. е. от 40 до 80 кг моллюсков, или от нескольких сотен до нескольких тысяч особей. Почти в полном мраке, царящем на этой глубине, морж, подобно свинье, зарывается мордой в донный грунт и могучими движениями языка высасывает моллюсков из створок. Вопреки распространенному мнению, они не выкапывают моллюсков с помощью бивней. Самки особенно нуждаются в усиленном питании. Им необходимо запасти толстый слой подкожного жира, так как беременность и выкармливание детенышей требуют дополнительных затрат энергии. Каждый день Берингово и Чукотское моря должны дать моржам 7 500 т пищи, а это целые горы моллюсков. В поисках их моржи рыскают во всех направлениях. Все чаще им приходится сталкиваться с конкуренцией человека. Если он переусердствует в добыче моллюсков, моржам грозит голодная смерть.

Экосистемы полярных областей

Вблизи колоний морских птиц, пингвинов например, растительность обычно скудная. На некоторых островах Антарктики, где кроме пингвинов гнездятся другие морские птицы и селятся тюлени, почва настолько пропиталась экскрементами, что на ней ничего не растет. Такие почвы содержат большие количества фосфора и неорганического азота, и их-то тающие снега и льды, а также летние дожди смывают в океан, удобряя прибрежные воды. Наглядный пример круговорота питательных веществ: пингвины и тюлени кормятся в море, выходя на сушу -поставляют наземным организмам питательные вещества в виде фекалий и снова отправляются за пищей в море. Это показывает, какое значение имеет сообщество организмов, даже разобщенных, для экосистемы в целом. Термином „экосистема" исследователи обозначают основную функциональную ячейку природы. В нее входят все животные, растения и неорганический субстрат в пределах данной территории. По определению одного ученого, экосистема - это взаимосвязанная система взаимообусловленных процессов в пределах определенных физических границ. Что такое экосистема, можно объяснить на примере человеческого тела: оно состоит из самостоятельных частей - рук, ног, глаз, ушей, каждая часть выполняет свою функцию, но зависит от общей системы физиологических процессов, которая их все координирует. Эти процессы обеспечивают питание, необходимое для роста организма, и выводят продукты распада. Все вместе они поддерживают нормальное функционирование тела. Экосистемы имеют разные составляющие - биологические виды, вода, льды, химические вещества, субстрат и т. д., - координируемые определенными экологическими процессами, которые обеспечивают питательные вещества и выводят продукты распада или же превращают их в форму, годную для потребления. Но, в отличие от человеческого тела, границы экосистемы установить трудно, ибо она постоянно изменяется в зависимости от переменных факторов окружающей среды. Одни из них малы - например, озерки, образующиеся в тундре во время таяния, другие огромны - вся толща вод Южного океана.

По другому определению, экосистемы представляют собой энергопроизводящие единицы, в которых используются и совершают эффективный, поддающийся прогнозированию круговорот питательные вещества и другие материалы. Так, энергия, излучаемая Солнцем, улавливается в процессе фотосинтеза для производства растительного вещества. При посредстве консументов питательное вещество проходит через пищевые сети с их трофическими уровнями, образуются продукты распада. В то же время главной отличительной особенностью экосистемы является то, как в ней накапливаются и обращаются материалы. Различают, к примеру, системы быстродействующие и замедленного действия, в зависимости от того, с какой скоростью в них происходят разложение и круговорот питательных и прочих веществ. На продуктивность, потребление, разложение и круговорот вещества воздействуют многие факторы: кислотность почвы, температура воздуха, влажность, свет, ветер, течения, поступление энергии и др. Динамика экологических систем, несомненно, относится к сложнейшим проблемам. Если изобразить взаимозависимость явлений внутри экосистемы в виде схемы, то она поставит в тупик даже самый совершенный компьютер. И все же можно выделить некоторые главные взаимосвязи, на которых и сосредоточено внимание ученых, занимающихся исследованием экологических систем.

Продуктивность замерзшего моря

Как известно, площадь, занимаемая морским льдом, сильно изменяется от зимы к лету. Морской лед начинает образовываться при температуре около -2 °С. Это чрезвычайно красивый процесс. Сначала на поверхности воды возникает тонкий слой мелких ледяных кристаллов - ледяное сало. Вскоре кристаллы смерзаются в серый лед, очень тонкий на первых порах, - сквозь него даже хорошо просматривается темная толща воды. Ветер и волны легко разбивают хрупкий пласт, превращая в различные геометрические фигуры, но они вскоре теряют свои очертания и уплотняются настолько, что выдерживают вес идущего человека или растянувшегося во всю длину тюленя. На этой стадии толщина ледяного покрова 15 - 25 см. Впрочем, определить ее с большой точностью трудно из-за того, что по сравнению с пресноводным морской лед менее плотен - он содержит маленькие карманы с насыщенным соляным раствором - рапой. Но когда морской лед, уплотняясь, превращается в серо-белый, а затем и вовсе белый, достигает в толщину от полуметра до двух и при этом покрывается снегом, он приобретает огромную прочность. К этому времени лед уже покрывает достаточно большую площадь, чтобы называться паковым льдом. Он непрерывно движется, нередко делает и до 10 км в день, но чаще его скорость колеблется между 500 м и 5 км.

Зарегистрированная максимальная скорость движения паковых льдов - около 60 км в день. Пак лишен единообразия. Ветры и течения по своему капризу придают ему различные формы и уничтожают их. Сверху пак тает и испаряется, в то время как с нижней его стороны образуются тонкие кристаллы, которые, срастаясь, иногда на целый метр свешиваются выступами наподобие сталактитов. Словно хрустальные канделябры, они отбрасывают свет на воду подо льдом. Особенно сильные деформации вызывают ветры, которые взламывают льды, образуя разводья, не уступающие рекам, и полыньи наподобие озер. В других местах под натиском окружающих льдов пак вспучивается торосами и грядами. Глыбы льда, подобно парусам, вздымаются ввысь и на несколько метров уходят под воду. Не растаявший летом лед может составить основу для образования мощного многолетнего слоя. В Антарктике, правда, это практически не случается, но в покрове Северного Ледовитого океана преобладает именно такой лед. Вопреки общим представлениям, морской лед не только вполне пригоден для жизни, но и благоприятствует ей по крайней мере двояким образом. Во-первых, между тонкими кристаллами на нижней поверхности льда находят себе приют целые сообщества организмов - простейшие, мелкие ракообразные, черви... ( А. П. Андрияшевым (1967) предложен термин "криопелагический биоценоз", подчеркивающий связь ледового населения с толщей вод. - Прим. ред.). Из них наибольшее значение имеют диатомовые водоросли, поставщики жизненно важного питательного материала для пищевых сетей полярных морей. Во-вторых, благодаря тому, что морской лед выдерживает вес белых медведей, тюленей, моржей, эти животные распространяются далеко в море, иными словами, их районы обитания существенно увеличиваются. На таком прочном морском льду многие виды даже живут постоянно. Тюлени, например, выводят потомство на твердой поверхности, но кормиться могут только в море. Для них морской лед - «земля», пусть отстоящая далеко от земли, и некоторые из них так никогда и не выходят на берег. Не будь морского льда, белым медведям и их постоянным спутникам - песцам было бы труднее преследовать тюленей и охотиться на них. Недооценивая роль льда в полярной океанской среде, нельзя понять ее жизнь. Без ледяного покрова экологическая система полярных морей была бы совсем иной.

При ближайшем знакомстве с диатомовыми водорослями оказывается, что эти микроскопические коричневые растеньица с красивым кремниевым скелетом (Кремниевые створки, в которые заключены клетки диатомей. - Прим, перев.) в определенное время года покрывают, по сути дела, всю нижнюю поверхность морского льда. Диатомеи способны усиленно развиваться при незначительной освещенности - им достается меньше одной сотой части надледного света. Для покрытых льдом морей это чрезвычайно важно. Наиболее благоприятного для роста диатомей уровня свет достигает в полярных областях на разных широтах в период от конца зимы до начала весны. Диатомовые водоросли разрастаются таким мощным слоем, что сильно мешают проникновению света в толщу воды и препятствуют фотосинтезу. Поэтому зимой и весной в морях, покрытых льдом, диатомей - единственные организмы, осуществляющие фотосинтез. Определить количество этих водорослей в полярных морях трудно, но нет сомнений, что их очень много и что они выполняют важные функции. Это "дно наоборот" извлекает питательные вещества из моря и служит пищей многим пасущимся на нем беспозвоночным; они в свою очередь являются кормом для рыб, тюленей и других животных. Следовательно, здесь действует высокоэффективный механизм, благодаря которому существенно увеличивает вегетационный период на тех широтах, где иначе он был бы очень кратковременным. В некоторых районах диатомовые водоросли появляются еще раз осенью, но второй урожай не может иметь такого значения, как первый. Когда в конце весны - начале лета начинается таяние и морской лед взламывается, рост диатомей прекращается. Летом в свободных ото льда полярных морях, как и во всех других водоемах, основным поставщиком жизни становится "летнее цветение". По-видимому, цветение не происходит в прибрежных водах Берингова и Чукотского морей. Там развивающиеся подо льдом диатомовые водоросли в начале лета падают на дно, лишая поверхностные воды питательных веществ. Но и на дне этот подледный источник первичной продукции имеет жизненно важное значение, прямо или косвенно от него зависят миллионы голодных существ.

Исследования убеждают нас в том, что морской лед с его расположенными на нижней стороне карманами с рапой бывает необычайно богат питательными веществами и может создавать устойчивые необходимые условия для некоторых жизненных форм. Среди них есть и такие, которые зимуют на морском льду. Высказывалось предположение, вполне правдоподобное, что между морским льдом и микроскопическими водорослями существует столь тесное взаимодействие, что они даже влияют на его форму. Диатомей, растущие в поверхностном слое льда, придают ему темный оттенок, отчего изменяется его альбедо, т. е. способность отражать свет. В результате может существенно измениться на больших пространствах также и способность льда поглощать солнечную энергию, которая, ослабляя отдельные участки льда, летом ускоряет процесс таяния, а зимой способствует образованию разводий и полыний. Вода в них хорошо прогревается солнцем, и на этих открытых участках плавают, отдыхая или добывая корм, тюлени, моржи и пингвины. Однако то, что благотворная роль диатомей не ограничивается областью питания и что они облегчают образование разводий и полыний, требует еще доказательств.

Подводная навигация

Недостаточно рассматривать только механизмы продуктивности. Чтобы съесть пищу, ее прежде надо найти. Проблемы отыскания пищи подо льдом и подводной навигации во многом остаются для нас загадкой. От зрения мало пользы под водой - ведь она гораздо менее прозрачна, чем воздух, поэтому находить пропитание, распознавать предметы и ориентироваться некоторым видам животных помогает звук. Достигают они этого посредством эхолокации: животное издает под водой звук, он ударяется о предмет, отражается назад и таким образом сообщает животному, где этот предмет находится. На судах применяется аналогичный метод - устройство по названию сонар обнаруживает и определяет местонахождение подводных лодок или косяков рыбы. Летучие мыши, часто летающие в темноте, были первыми животными, о которых стало известно, что они используют эхолокацию при охоте за насекомыми. Теперь мы знаем несколько видов дельфинов, обладающих такой способностью, но она не замечена ни у тюленей, ни у морских львов. Подводные наблюдения над морскими млекопитающими так трудны, что многие вопросы остаются без ответа. Каким образом морские животные находят корм глубоко под водой? Как они отыскивают лунку, через которую погрузились, когда им нужно набрать воздуха? И как тюлень находит своего детеныша, оставленного на движущейся льдине много часов назад?

В ответ на первый вопрос было высказано предположение, что у морских млекопитающих зрение намного острее, чем у человека, почему они и видят при очень слабом свете. Однако опыты над тюленями заставили усомниться в правомерности этой гипотезы. Да и можно ли ею объяснять способность тюленя Уэдделла находить пищу на глубине 600 м и более, особенно когда вода покрыта двухметровым слоем льда, уменьшающим освещенность до одной сотой части ее значения на поверхности моря. Как тюлени Уэдделла или кольчатые нерпы находят под водой путь обратно к лунке, тем более что часто ее можно разглядеть, лишь находясь непосредственно под ней? Возможно, тюлень запоминает топографию дна или знает местность так же хорошо, как мы знаем улицы города. Или он различает голоса своих товарищей в лежбище наверху. Но все это пока только предположения.

Труднее всего понять, как тюлень ларга (Phoca largha),обитающий в Беринговом море, находит своего детенына, оставленного на движущейся льдине. Этот тюлень, в отличие от моржа, тюленя-крабоеда, гренландского тюленя и других своих живущих стадами сородичей, ведет одинокий образ жизни, а следовательно, не может рассчитывать на то, что голоса товарищей помогут ему найти обратную дорогу. Самка производит на свет детеныша на ледяных полях близ кромки льда, который движется со скоростью нескольких километров в день. Обычно она выкармливает его в полном одиночестве - самец появляется лишь к концу этого периода, через месяц-полтора, когда самка готова к совокуплению. При этом движется не только как в целом, но и отдельные льдины постоянно меняют свое положение относительно друг друга. К тому же вокруг, по-видимому, очень мало примет, по которым тюлень мог бы ориентироваться в непрерывно изменяющейся обстановке. И, конечно же, вряд ли плывущая мать может разглядеть своего малыша на льдине. Положение осложняется еще и тем, что как раз на это время приходится период наибольшей продуктивности подледных диатомей, а следовательно, видимость в воде ограничена двумя-тремя метрами. Может, самка чувствует запах следов своего детеныша? Или она обладает инерциальной навигационной системой, врожденной способностью угадывать местонахождение оставленного тюлененка? Или только кажется, что самка исчезает в море, а на самом деле она не теряет льдину с детенышем из вида? Ответить на эти вопросы мы пока не можем.

Биологические периоды и периодичность явлений

Цветение диатомей - яркая иллюстрация одной из важнейших особенностей полярных районов: выраженной сезонности происходящих в них явлений. Дело не только в том, что сезоны репродукции коротки: они еще и наступают внезапно. В тундре выпадают такие годы, когда весны почти не бывает. Замерзшие реки внезапно разрывают свои ледяные оковы, снег исчезает за считанные недели, и его сменяет буйство цветов. Наука о биологических периодах и периодичности явлений называется фенологией. Без ее помощи не понять жизнь полярных районов. Вот один из примеров: если животные не произведут на свет потомство своевременно, их детеныши упустят вегетационный период растений или роение насекомых, которыми они питаются. Момент «старта» очень важен: от него зависит вся пищевая сеть. Причиной внезапности, с какой наступает полярная весна, является увеличение продолжительности дня. На южном и северном полярных кругах продолжительность дня возрастает за каждый весенний месяц на четыре часа, тогда как на тропиках Рака и Козерога - только на два. Соответственно в полярных районах и теплеет быстрее. К первому дню лета - самому длинному в году - они получают за день больше световой энергии, чем тропики. Животные и растения точно реагируют на эти сезонные изменения. Едва только устанавливается достаточно теплая погода, появляются мириады кровососущих насекомых, которые спешат собрать свою кровавую дань и отложить яйца, чтобы вылупившиеся из них личинки успели прокормиться на богатых планктонных угодьях в тундровых озерах, пока их не затянет осенний лед. С такой же пунктуальностью прилетают и откладывают яйца плодящиеся в тундре и водоплавающие птицы: им надо успеть вывести птенцов и научить их летать до того, как мороз погрузит экосистему в зимнюю спячку или по меньшей мере понизит ее активность. Всегда деятельные лемминги и бобры торопятся обеспечить себя на зиму растительным кормом, который они прячут около защищенных от мороза зимних жилищ. Бывают, конечно, и просчеты. Увеличение продолжительности дня служит сигналом к миграции птиц, но капризы погоды в месте прилета могут поставить их в затруднительное положение. После снегопадов, которые нередко случаются в конце весны или в начале лета, можно увидеть множество нахохлившихся птиц, сидящих рядом с засыпанными снегом гнездами. Пингвинов часто целиком заносит снегом, и нередко это кончается печально. И все же долгие годы адаптации привели к тому, что животные научились в основном распознавать наступление сезонов. Преподносимые же им неприятные сюрпризы животные преодолевают с помощью физиологических и поведенческих механизмов. Наиболее яркий пример приспособляемости животных к биологическим периодам - рождение и выкармливание тюленей, обитающих на льду. Каждый год, пока лед еще крепок, виды, живущие на припае - тюлень Уэдделла ( Leptonychotes weddelli) в Южном океане и кольчатая нерпа (Phoca hispida) в Арктике, - в прочной ледяной норе производят на свет детенышей. Малыши растут быстро, они утраивают свой вес за четыре-шесть недель молочного кормления. Этот процесс не может не быть кратким - тюленята должны обрасти жиром и научиться заботиться о себе, прежде чем разрушится ледяная обитель. Кроме того, период их роста совпадает с периодом бурного цветения диатомей и последующей вспышкой жизни в океане. Это означает, что отнятая от груди и предоставленная самой себе молодь имеет максимально возможное количество пищи. А вот еще более убедительный пример: новорожденному лысуну (Pagophoca groenlandica) требуется всего лишь десять дней, чтобы увеличить свой вес в четыре раза.

Разделение ресурсов

Два вида, ведущие одинаковый образ жизни, т. е. занимающие одну и ту же экологическую нишу, не могут сосуществовать в одном и том же сообществе - между ними возникнет соперничество и один из них будет вытеснен. Это основополагающий принцип экологии. Так, в Южном океане водится: пять видов гладких китов ( Семейство гладкие, или настоящие, киты включает три резко различающихся монотипических рода: гренландский, или полярный, кит, южный кит и карликовый кит. - Прим. ред ), и все они питаются планктоном; пять видов настоящих тюленей, питающихся рыбой, кальмарами и планктоном; два вида южного морского котика (На систематику южных котиков нет единого взгляда. Многие исследователи считают, что есть несколько видов южных котиков: новозеландский, южноавстралийский, тасманийский и др. В нашей литературе считается, что в Южном океане существует один вид южного котика - южный морской котик Arctocephalus australis), распространенный близ островов Южная Георгия, Южные Шетландские, Кергелен и ряда других, исключая Антарктику, и севернее, до Чили и Ла-Платы. - Прим. ред. ), употребляющих в пищу рыбу и криль; несколько видов маленьких зубатых китов и один вид гигантского зубатого кита (Имеется в виду кашалот. - Прим, перев.) , чей основной рацион также составляют рыба и кальмары. Однако у всех этих животных хоть как-то, но различаются или пищевые навыки, или (и) область распространения. Иными словами, Южный океан с его пищевыми ресурсами поделен между ними.

Доподлинно выяснить подоплеку этого раздела очень трудно. Но за многие годы исследований стали известны некоторые важные факты. Миграции больших гладких китов в Южный океан получили широкую известность благодаря изучению меченых животных. Эти киты должны поглощать в период интенсивной кормежки большие количества пищи, какие имеются в океанах близ полюсов, детенышей же производить на свет - в теплых водах. В холодных полярных морях новорожденный, почти лишенный подкожного жира, скорее всего не выжил бы. Но чтобы кормиться в полярных областях, а выводить потомство - в теплых, приходится перекочевывать с места на место. Поэтому к лету эти киты перебираются с умеренных и субтропических широт, где происходило выведение потомства, на богатые планктонные пастбища Южного океана. Напротив, популяции очень редкого теперь горбатого кита (Megaptera novaeangliae) проводят лето у берегов Австралии, Южной Америки, Африки, некоторых океанских тропических островов. Популяции китов обычно мигрируют в поисках пищи к югу от своего летнего местопребывания и там питаются рыбой и планктоном. Таким образом, популяции этих видов более или менее изолированы друг от друга в течение всего года. Они избегают соперничества из-за пищи и с другими гладкими китами. Синий кит, обитающий в Южном океане (Синий кит (Balaenoptera musculus) - космополит; хорошо обособленное стадо карликовых синих китов - пигмеев открыто в 1959 г. в южном полушарии. Полагают, что пигмеи и мигрируют; возможно, что существует три подвида синих китов: северные, южные и пигмеи. - Прим. ред. ), чрезвычайно привередлив в пище: он поедает только зоопланктон, в основном криль. Однако его родичи из северного полушария не столь разборчивы и питаются более мелким зоопланктоном.

Ключом к пониманию того, что лежит в основе разделения пищевых ресурсов между видами китов, служит одна их морфологическая особенность - усы. Эти длинные пластины, свисающие с верхней челюсти, состоят из того же вещества, что и волосы и ногти, - из кератина. Края и верх пластины расщеплены у концов на нити, или филаменты, в толщину волоса, они, переплетаясь, образуют своего рода сито, через которое фильтруется мелкий зоопланктон. Из-за чрезвычайно малых размеров этих животных киты должны есть их в больших количествах. Зубатые киты - самый крупный их представитель кашалот, к их числу относятся косатки, а также более мелкие дельфины и морские свиньи -питаются морскими животными покрупнее, например рыбой.

Поскольку гладкие киты столь успешно используют высокопродуктивный зоопланктон полярных морей, естественно, что в этих морях их и по численности, и по количеству видов больше, чем где бы то ни было. Период откорма у гладких китов ограничивается летним сезоном, когда изобилуют ракообразные (криль, веслоногие), входящие в состав зоопланктона. Выше уже говорилось о сезонной продукции ракообразных, связанной с получением питательных веществ и внезапным появлением подледных диатомей и других представителей фитопланктона, которым питаются ракообразные. Так как в толще воды и приповерхностном слое полярных морей зоопланктон не отличается видовым разнообразием, в теплые сезоны в океане роятся буквально мириады существ, которые становятся богатым источником пищи для животных, способных поглощать их в больших количествах. Некоторые мелкие рыбки также пользуются этим изобилием, а они в свою очередь служат пищей гладким китам.

Усы у разных видов китов различные. У одних - толстые, короткие, их обладателям приходится довольствоваться крупным планктоном и рыбой, даже кальмарами. У других усы подлиннее и потоньше, эти киты предпочитают более мелкий планктон. Особый интерес в этом отношении представляет гренландский кит ( Balaena mysticetus). Он, единственный из гладких китов, никогда не покидает ледяные пределы полярных морей. Усы этого двадцатиметрового кита свисают метра на четыре с резко изогнутой дугой верхней челюсти, которая составляет чуть ли не четверть его длины.

Другим наглядным примером раздела ареалов и пищевых ресурсов могут служить настоящие тюлени, обитающие в Антарктике. Неприметный тюлень Уэдделла, в основном рыбоед, чаще всего встречается на припае, т. е. на льду, соединяющемся с сушей. Тюлень Росса (Ommatophoca rossi),имеющий такую же окраску, предпочитает кальмаров и живет на сплошном льду или на отдельных льдинах, но большую часть времени проводит в море, где его трудно наблюдать, почему он и принадлежит к числу наименее изученных млекопитающих. Самые многочисленные тюлени - крабоеды (Lobodon carcinophagus) - питаются крилем и живут на битом льду. А морской леопард (Hydrurga leptonyx), по сути дела, является экологическим двойником арктического белого медведя: он охотится на рыбу, тюленей и пингвинов и встречается в Южном океане повсеместно.