Парашюты и поплавки

Про человека, который хорошо адаптировался к своей работе и коллективу, в котором трудится, говорят, что он в этой обстановке чувствует себя как рыба в воде. А как рыбы чувствуют себя в океане? Хорошо ли им в воде?

В отличие от сухопутных животных обитателям океана, коротающим жизнь в толще воды, приходится затрачивать энергию не только на передвижение в пространстве, но и на то, чтобы держаться на определенной глубине. Чтобы не тонуть, животные должны обладать такой же плотностью, как и вода, то есть иметь одинаковый с нею удельный вес. Поэтому водным организмам для построения тела приходится использовать легкие материалы.

Только мелкие и мельчайшие существа могут позволить себе пренебрежительно относиться к весовым характеристикам стройматериалов, используемых для собственных нужд. Крохотные акванавты обладают относительно большой поверхностью, а вода – известной вязкостью. Чтобы утонуть, им необходимо преодолеть сопротивление воды, а для этого пришлось бы произвести определенную работу. Вот почему они могут всю жизнь находиться во взвешенном состоянии, не затрачивая на это дополнительных усилий.

Чуть более крупным существам, чтобы удержаться на плаву, приходится обзаводиться парашютом. Для этого чаще всего используются различные выросты тела. Парашютом может служить раковина или любая часть наружного скелета. Из числа парашютистов прежде всего надо назвать простейших: фораминифер и радиолярий, в том числе акантарий, о которых уже упоминалось. Они пользуются для жилья «крупными» сооружениями, построенными из радиально расположенных игл. Это основной парашют простейших.

Многие радиолярии пользуются и запасным парашютом. Он образован подвижными иглами и многочисленными тончайшими псевдоподиями – выростами их голого тела. Они высовываются из пор раковины и образуют густую «шевелюру». Когда волнение моря усиливается и испуганным крошкам хочется спрятаться, парашютисты втягивают иглы и псевдоподии внутрь протоплазмы, при этом общий объем тела сокращается, его удельный вес возрастает, и животное начинает тонуть. При максимальном числе выпущенных псевдоподий и предельном выдвижении наружу игл удельный вес падает настолько, что животные, видимо, способны всплыть. Парашют радиолярий позволяет им приспосабливаться к частым колебаниям плотности морской воды, возникающим при изменениях ее температуры и солености.

У веслоногих в качестве парашюта используются антеннулы, нередко перистые. Обычно они бывают длиннее тела. Аналогичную функцию несут хвостовые ветви и перистые щетинки. Рачки передвигаются короткими скачками, а в интервалах между ними парят на широко расставленных антеннулах, медленно опускаясь вниз. У ветвистоусых ракообразных роль парашюта выполняют антенны. Они двуветвисты, необычно длинны и покрыты перистыми щетинками. Взмахивая антеннами, рачки совершают прыжок, а в промежутках парашютируют на тех же антеннах.

Плотность воды позволяет животным находить в ней опору. Недаром в океане так обычны зонтикообразные медузы, лентообразные или плоские животные. Парашюты не позволяют зависать в воде, но дают возможность замедлить падение. Для парашютистов весьма актуальна проблема уменьшения собственного веса, что достигается несколькими способами. Широко распространено использование легких материалов. Поскольку удельный вес морской воды высок, жителям океана гораздо легче обрести нейтральную плавучесть, чем пресноводным организмам.

Самая тяжелая часть тела – кости. В их состав входит фосфат кальция, который в три раза тяжелее морской воды. Почти так же тяжел карбонат кальция, используемой моллюсками при строительстве раковин. Вот почему кальмары – лучшие пловцы среди моллюсков – отказались от раковины.

Кровь и тканевые жидкости животных содержат целый ряд ионов, обеспечивающих необходимый уровень осмотического давления и кислотности. Наземные организмы используют без разбора и легкие ионы, и такие тяжелые, как ион кальция, магния и сульфата. Для водных организмов тяжелые ионы – непозволительная роскошь, и, если от них можно отказаться без особого вреда для организма, они заменяются более легкими. Очень широко используется легкий ион аммония.

Замена ионного состава широко используется мелкими организмами. Там, где счет идет на микрограммы, она весьма эффективна. Многоклеточные водоросли – валония и халицистис имеют удельный вес, близкий к морской воде. У первого растения он чуть выше, и оно хотя и медленно, но все же тонет. Второе легче воды и способно медленно всплывать к поверхности. Уменьшение удельного веса этих водорослей объясняется тем, что им удалось частично избавиться от таких тяжелых ионов, как ионы сульфата, магния и кальция, а халицистис к тому же резко сократила использование иона калия, который пользуется у растений повышенным спросом, заменив его более легким натрием. Такой же механизм положительной плавучести ночесветок. В их клеточном соке кальция и магния значительно меньше, чем в морской воде, и почти нет сульфата. Тяжелые ионы заменены более легкими ионами калия и аммония.

Крупные животные, особенно обитающие на больших глубинах, тоже используют этот способ. У взрослого глубоководного кальмара кранхия в отличие от остальных моллюсков сохраняется огромная вторичная полость тела, выполняющая роль поплавка. Ее объем составляет около двух третей животного. Если выпустить жидкость, заполняющую полость, кальмар пойдет ко дну. Осмотическое давление этой жидкости такое же, как у морской воды, но удельный вес равен 1,010, так как в ней полностью отсутствуют тяжелые ионы сульфата и много легких ионов аммония. Чтобы создать поплавок, в организме кальмара задерживается 40 процентов аммиака, вырабатываемого в течение всей жизни животного. Водяной поплавок – прекрасное изобретение природы. У него лишь один недостаток: слишком он громоздок.

Рыбы тоже избегают пользоваться тяжелыми материалами. Концентрация ионов в их крови и других жидкостях тела гораздо ниже, чем в море. Большинству рыб это мало помогает, у них слишком тяжел скелет. Другое дело глубоководные формы, имеющие слабенькие мышцы и редуцированный костяк. Благодаря использованию легких ионов и уменьшению их концентрации удельный вес тела этих рыб равен удельному весу морской воды. Им не приходится затрачивать дополнительных усилий, чтобы держаться на выбранной глубине.

Поплавки могли бы стать очень эффективным средством, если их заполнять чем‑нибудь легким. Таким наполнителем может быть жир. Его использование сулит живым существам немало выгод, ведь жир в первую очередь – резервное пищевое вещество, которое принято заготавливать впрок на черный день. Недаром его запасают даже диатомовые водоросли, достигающие таким путем положительной плавучести. Пристрастие диатомей к жиру представляется удивительным, так как все прочие растения запасают крахмал. Однако он тяжеловат и для планктонных организмов становится немалой обузой.

У акул и скатов нет плавательного пузыря, так хорошо помогающего держаться в воде многим рыбам. Зато у них огромная печень, на 75 процентов заполненная жиром. Она позволяет иметь нейтральную плавучесть колючим, сельдевым и полярным акулам. Особенно большая печень у самых быстроходных акул. По весу она может составлять пятую часть массы тела рыбы. Такова печень у черной колючей акулы, глубоководной рыбы, обычной у северных берегов Европы. Жир у акул наилегчайший из всех жиров, встречающихся у животных. Он называется скваленом по названию акулы‑катрана, у которой он впервые был обнаружен. (Катраны по‑латыни – сквалюс.)

У акул и скатов хрящевой скелет. Они не цементируют его тяжелым кальцием. Поэтому им легче, чем костистым рыбам, с помощью жира приблизиться к нейтральной плавучести.

Большинство морских организмов, запасая жир, складируют его в мышцах, под кожей, в брюшной полости, то есть там, где принято хранить это вещество и у сухопутных животных. Глубоководные рыбы приспособили под жир специальный резервуар. Поскольку на больших глубинах газовые поплавки неприменимы (с проблемами газовых емкостей мы познакомимся чуть позже), они используют освободившийся плавательный пузырь как бурдюк, предназначенный для хранения жира. Бурдюком пользуются некоторые гоностомовые рыбы, близкие родственники сельдей, в том числе циклотоны, живущие на глубинах до 2 километров. Жировой поплавок дает им возможность в поисках пищи подниматься ночью в поверхностные районы океана, чего рыбы с обычным плавательным пузырем позволить себе не могут.

Положительная плавучесть икры ряда черноморских рыб: ставриды, пеламиды, кефали, камбал, калкан и морского языка достигается за счет замены тяжелых ионов легкими и жировых вкраплений. Икринки калкана, ставриды, кефали несут по одной жировой капле. Особенно крупным жировым поплавочном оснащены икринки кефали, благодаря чему их удельный вес колеблется в пределах 1,007–1,008. В икринке пеламиды до десяти мелких жировых капель, а у морского языка множество совсем крохотных жировых включений. Общий объем жира велик – до 7 процентов объема икринки, что обеспечивает ей удельный вес не выше 1,01.

Плотность воды Черного моря не опускается ниже 1,0106, поэтому икринки не тонут. В Мексиканском заливе вода более соленая с плотностью не ниже 1,025, поэтому удельный вес икры, развивающейся у поверхности, может достигать 1,022.

Вылупившиеся из икры личинки остаются членами нейстона. Поддерживать положительную плавучесть им помогает желточный мешок – запас провизии, дающий возможность завершить начальные этапы развития и приготовиться к активной жизни.

Наиболее грузоподъемны газовые поплавки. Ими широко пользуются обитатели нейстона. Пленка поверхностного натяжения воды только потому выдерживает тяжесть грузноватого тела подвесившегося к ней глаукуса, что моллюск постоянно подстраховывает себя, наполняя кишечник пузырьками воздуха.

Моллюск янтина строит из небольших, заполненных газом емкостей овальный плотик. Кораблестроитель выростами передней части ноги подхватывает пузырьки воздуха и обволакивает их быстро твердеющей и плохо растворимой в воде слизью. Из уложенных в два‑три слоя пузырьков получается небольшой, но надежный плот, обладающий высокой грузоподъемностью. Строительство производится в быстром темпе, что спасает янтину от опасности оказаться на дне.

Страсть к путешествиям даже ракообразных сделала «кораблестроителями». Морские уточки обычно прикрепляют свою раковину к прибрежной скале или к камню. Есть виды, предпочитающие подвижные объекты. Одни выбирают раковины живых моллюсков, панцири ракообразных, рыб и даже морских исполинов – китов, а другие – различный мусор, плавающий у поверхности океана. Если уточкам не встречается ничего плавающего, они объединяются в артель из 15–30 особей, строят на концах своих «якорных канатов» большой пенистый плотик и, повиснув под его днищем, странствуют по океану.

Обычно плот плывет по воле океанских течений, но если он оказывается вблизи сифонофор, то команда плота, соблазненная возможностью полакомиться упитанной сифонофорой, начинает слаженно работать грудными ножками и подгребает к намеченной жертве, которую сообща обгрызает, умело орудуя жвалами.

Крупным газовым поплавком пользуются физалии, о которых было подробно рассказано. Их газовый пузырь наполнен не только азотом и кислородом, которого здесь несколько меньше, чем в воздухе, но содержит, кроме того, до 15 процентов окиси углерода – ядовитейшего угарного газа, зато углекислый газ в нем практически отсутствует. Окись углерода вырабатывается в процессе белкового обмена при разложении одной из распространеннейших аминокислот – серина, содержащейся практически в любом белке. Видимо, для поддержания необходимого давления газовый баллон всегда подкачивается угарным газом, во всяком случае, так происходит у мелких сифонофор, чьи крохотные газовые баллоны могут быть на 90 процентов заполнены угарным газом.