Изменение окраски у животных

Пассивная окраска и изменение цвета морских животных не являются для моря столь же активной световой характеристикой, как солнечный свет и биолюминесценция. Однако они представляют собой особую форму адаптации и заслуживают краткого рассмотрения. У многих морских животных имеются структуры, называемые хроматофорами, которые служат для изменения цвета. Эти специализированные клетки кожи содержат целый ряд пигментов, каждый из которых поглощает определенную полосу спектра.

Установлено, что цвет изменяется в ответ на один из двух раздражителей:

1. Нервный раздражитель. Этот раздражитель, действие которого обусловлено проводимостью нервной ткани, открывает или закрывает хроматофор, напрягая или расслабляя контролирующие его мышцы; цвет изменяется быстро.

2. Гуморальный раздражитель. Спусковой механизм возбуждается спектром эндокринной железы, который бывает двух типов. Растворимое в воде химическое вещество переносится током крови или лимфы и приводит в действие контролирующие мышцы; во втором случае жирорастворимое химическое вещество проникает сквозь ткани посредством диффузии. Цвет изменяется медленно.

Изменение окраски у осьминогов. Изменение окраски у осьминогов происходит в особых клетках кожи; сокращение мышц расплющивает клетку, при этом большая ее площадь выходит наружу. Кроме того, у некоторых осьминогов есть иридофоры — слои отражающей ткани, расположенные под внешними слоями хроматофоров; эта ткань увеличивает количество рассеянного света. Каждый хроматофор снабжен нервными волокнами, отходящими от центрального нервного ствола; такое изменение окраски, контролируемое нервной системой, происходит очень быстро. Если нервный ствол рассечь, контролирующие мышцы расслабляются, клетки закрываются и кожа животного бледнеет.

Изменение окраски у ракообразных. Для многих видов ракообразных важно приспособиться к условиям дневного или ночного освещения. Цель — соответствовать по цвету окружающей среде. Большинство видов животных днем темнеет и изменяет окраску на более светлую при слабом освещении. Такое поведение обычно встречается у креветок, крабов и крабов-отшельников, которых можно регулярно наблюдать на пляжах днем или ночью. Зрение этого животного представляет собой важное звено в цепи команд, которые вызывают изменение окраски. Если у такого животного удалить глаза, оно станет светлее. Контроль окраски — нейрогуморальный; впрыскивание взятой у темного краба крови светлому крабу того же вида заставляет его потемнеть.

Окраска у глубоководных животных.Удивительное наблюдение, сделанное биологами, которые изучали животных темных морских глубин, — это их часто встречающаяся яркая окраска. Например, бентосные амфиподы, попадая на поверхность с глубины в тысячи метров, могут оказаться ярко-красными. При глубоководных исследованиях с помощью фото- и кинокамер в большинстве случаев используется черно-белая пленка, поэтому у нас нет достаточного количества наблюдений окраски бентосной фауны in situ. Однако интересно, почему животное становится именно красным. Одно из объяснений состоит в том, что выделяемый хищниками биолюминесцентный свет имеет сине-зеленый цвет, который совпадает с «окном» прозрачности. Поскольку красное вещество не поглощает синий свет, жертва, имеющая красную окраску, должна быть относительно невидимой в темной без этого света воде.

Заключение.Между окном прозрачности воды и температурой Солнца существует удивительная связь. И то и другое дает максимальный эффект на одних и тех же длинах волн электромагнитного излучения. Из-за того что температура на поверхности Солнца достигает 6000 К, оно излучает энергию с наибольшей интенсивностью как раз в зеленоватой полосе света с длинами волн около 470 нм. При этих длинах волн вода наиболее прозрачна.

Из солнечной энергии, достигающей верхних слоев атмосферы, поверхность Земли получает около 47%. Это та энергия, которая нагревает верхнюю часть толщи океанских вод; чтобы тепловой бюджет океана был сбалансирован, океан должен терять такое же количество энергии. Однако важно вспомнить, что в локальном масштабе энергетического равновесия в океане почти никогда не бывает. Данная область будет отдавать тепло, если это тропики, и поглощать, если это полярный регион, или и то и другое — в том смысле, что в апвеллинге тех и других широт тепло поглощается на глубине и расходуется на поверхности океана.

По вертикали интенсивность света уменьшается с глубиной по экспоненте. Только 45% падающего света достигает глубины 1 м, и всего 1% достигает глубины 100 м. Свет, который проникает на самые большие глубины, имеет ту же длину волны, что и «окно» прозрачности воды, т. е. сине-зеленый цвет в открытом океане и желто-зеленый в прибрежных водах.

Вертикальное распределение света — основной фактор, от которого зависит, как распределяется в этом направлении жизнь в океане. Биологи устанавливают несколько положений.

1. Для каждой растительной клетки на какой-то глубине моря существует точка компенсации, где потребности в кислороде для дыхания в точности уравновешиваются образованием кислорода.

2. Существует глубина, до которой турбулентное движение перемешивает верхний слой океана, а также обитающий в нем планктон. Когда перемешивание захватывает глубины ниже критической, общая продуктивность уменьшается, так как популяция растительных клеток слишком много времени проводит в темной части столба воды. Если перемешивание происходит в очень небольшом слое, продуктивность опять-таки падает вследствие того, что из более глубоких вод в освещенные слои поступает недостаточно питательных веществ. Отсюда следует, что оптимальная продуктивность существует где-то между этими пределами, в интервале от 7 до 17 м.

Оптическая океанология вступила в свои права как важная отрасль морских исследований. Помимо других способов ее применения она позволяет классифицировать водные массы по оптическим свойствам, независимо от температуры и солености самой воды.

Но самые интересные проблемы возникают при исследовании биологического свечения живых существ, обитающих в море. Почему способность люминесцировать настолько преобладает в морской биосфере по сравнению с наземной, если в океане свет угасает гораздо быстрее? Мы можем только догадываться об этом, но точно не знаем.