Толщу морской воды населяет удивительное сообщество небольших существ - планктон. Это название происходит от греческого слова "planktos" - "парящий, блуждающий" . И действительно, мелкие рачки, моллюски, полихеты, медузы, гребневики, сальпы, личинки рыб и беспозвоночных парят в океанских водах.
Чтобы двигаться и парить, рачки используют разветвленные антенны или плоские конечности, похожие на весло. У планктонных личинок для этих целей есть реснички и жгутики, у личинок рыб и стрелок (сагитт), своеобразных животных, принадлежащих к типу щетинкочелюстных, - крохотные плавнички. Медузы движутся за счет пульсации колокола, а гребневики, похожие на медуз желеобразным телом, используют гребные пластинки. Интересно приспособились моллюски - морские ангелы и морские черти. Они движутся, взмахивая "крыльями", которые есть не что иное, как разделившаяся на две части нога хорошо знакомых всем улиток. За такой способ передвижения планктонных моллюсков называют крылоногими.
В пищевых предпочтениях планктонные животные представляют полный спектр - от чистых вегетарианцев, питающихся исключительно микроскопическими водорослями (фитопланктоном), до свирепых хищников. Последних иногда легко определить по внешнему виду: жесткие щетинки на голове сагитты и хватательные конечности веслоногого рачка пареухеты сомнений не оставляют. Но внешность может быть и обманчива: нежный, розовый, полупрозрачный морской ангелочек оказывается тоже хищником.
Яркостью окраски представители планктона похвастаться не могут - чаще всего они прозрачны или полупрозрачны. Однако свет, преломляясь в их телах, отражаясь от движущихся ресничек, щетинок, гребных пластинок, расщепляется на множество миниатюрных радуг, создавая поистине феерическое зрелище. К тому же многие из этих крошечных созданий обладают способностью светиться в темноте.
Какой же признак объединяет столь разнородных животных в единое сообщество - планктон? И чем планктон отличается от нектона - другого сообщества обитателей водной толщи? Миниатюрными размерами? Не всегда. Одному из авторов статьи доводилось видеть медуз, которые не помещались в ванночку для купания детей, а ведь медузы относятся к планктону. Может быть, планктон - это беспозвоночные животные, а нектон - позвоночные (рыбы)? Тоже неверно. Во-первых, кальмары - головоногие моллюски, беспозвоночные, относятся к нектону, а во-вторых, личинки рыб, а также многочисленное семейство мелких светящихся рыбок - миктофид принадлежат к планктону. Главное отличие организмов, составляющих планктон, - неспособность к активному перемещению против течения. Соответственно активно плавающие животные образуют нектон.
Долгое время считалось, что планктон пассивно дрейфует по всем океанам. Вероятно, первый, кто изменил отношение к планктону как к скоплению хаотически дрейфующих частиц, - профессор биологического факультета МГУ, доктор биологических наук К. В. Беклемишев. Он обнаружил в распределении океанического зоопланктона определенную структуру и разгадал закономерности ее формирования. Оказалось, что отдельные виды зоопланктона "привязаны" к крупномасштабным океаническим круговым течениям. Океанические виды обитают в пределах круговорота, неритические предпочитают держаться у берегов, дальненеритические освоили нейтральные области между круговоротами течений. Родилась новая научная дисциплина - биогеография пелагиали (водной толщи).
Исследование планктона широко ведется по всему Мировому океану. Авторам статьи довелось заниматься такой работой в Белом, Баренцевом, Норвежском морях, северо-западной Атлантике и даже в Южном океане. Способов сбора информации о зоопланктоне предложено множество, однако чаще всего проводится отбор проб в заранее намеченных точках путем вертикального лова планктонной сетью: тотального - от дна до поверхности или на определенных глубинах.
Отбор проб планктона - только часть дела. Значительно больше времени занимает обработка. Необходимо определить вид каждого организма, стадию развития каждого рачка и просчитать общее количество животных в пробе по видам и по стадиям развития. Полученные результаты пересчитывают на объем, равный кубическому метру воды, и по этим данным строят карты распределения зоопланктона на исследуемой акватории. Предлагались способы упростить и автоматизировать нелегкий труд обработки планктонных проб: сортировать организмы по размеру, по химическому составу. Однако полноценной замены глазам и рукам гидробиолога до сих пор не придумано.
Возможно, самое изученное планктонное животное - веслоногий рачок калянус (Calanus finmarchicus Gunn). Это существо, размером и формой напоминающее рисовое зерно, составляет основу зоопланктона Северной Атлантики. Его роль в жизни океана огромна. С одной стороны, калянус - основной потребитель фитопланктона, с другой - излюбленная пища многих животных и рыб, таких, как сельдь, мойва, скумбрия, путассу. А уж личинки рыб, в том числе промысловых, питаются молодью калянуса все поголовно. Таким образом, от распространения и численности рачка калянуса зависят, в частности, выживаемость личинок, численность поколений промысловых рыб, успех рыбного промысла, а в конечном итоге - количество и качество рыбы на нашем столе. Этим во многом объясняется пристальный интерес исследователей разных стран к скромному маленькому рачку. С 1992 года гидробиологи Канады, США и Европы ведут работы по совместной программе TASC (Trans-Atlantic Study of Calanus) - трансатлантическому изучению калянуса.
А что же сам калянус? Не ведая о своей мировой популярности, пассивно кружится в океанических круговоротах, как мусор? Нет, в отличие от мусора калянус совершает вертикальные перемещения : ночью поднимается к поверхности океана, днем опускается на несколько десятков, а то и сотен метров вниз. Зачем? Ответ можно найти в любом учебнике гидробиологии: поднимается - на откорм, опускается - спасаясь от хищников. Таково в настоящее время общепринятое объяснение вертикальных миграций многих видов планктонных организмов. Однако исчерпывающим его не назовешь: остается еще много вопросов. Во-первых, на глубине тоже много хищников - как уже говорилось, они встречаются среди того же зоопланктона. Во-вторых, как объяснить сезонные и возрастные изменения протяженности миграций? Есть и в-третьих, и в-четвертых…
Океанические течения - сложная система. И если предмет на поверхности плывет в одном направлении, то, погрузившись на определенную глубину, он может начать движение в обратную сторону. А не в этом ли истинный смысл неутомимых вертикальных перемещений рачка-калянуса и тысяч других планктонных животных? Меняя в течение суток глубину своего обитания, они вполне способны оставаться на одном месте даже на стрежне океанического течения. А сменив амплитуду вертикальных миграций, могут переместиться в другой район, не тратя собственной энергии на преодоление течений, используя их как общественный транспорт.
Эту гипотезу проще всего проверять в Южном океане, где присутствие материков не усложняет течения. Еще в 1937 году британский исследователь Н. А. Макинтош описал крупномасштабный перенос зоопланктона в водах Антарктики. Многие виды, в том числе и рачки рода Calanus, летом скапливаются в верхних слоях и дрейфуют на север. С началом зимы планктон мигрирует на глубину 500-750 м и оказывается в теплых водах, движущихся на юг, к берегам Антарктиды. Таким путем крохотные животные в течение года дважды преодолевают расстояние в несколько сотен километров.
Но Северная Атлантика - не Южный океан. Материки, острова, сложнейшие системы течений… Как выявить закономерности перемещения рачка размером с рисовое зерно? Первую попытку обосновать приспособительное значение вертикальных перемещений калянуса сделал в 1962 году сотрудник Мурманского морского биологического института Н. И. Кашкин. Однако из-за недостатка фактических данных его идея о протяженных горизонтальных миграциях, которые совершает калянус, используя систему течений и глубинных противотечений, осталась на уровне гипотезы.
И в настоящее время можно привести лишь отрывочные данные на этот счет. Гидробиологи Великобритании составили карту распределения скоплений зимующего калянуса в Норвежском море. Выяснилось, что из года в год рачок зимует в одних и тех же районах, у дна, на больших глубинах. Опускаясь на зимовку, он использует сезонный прибрежный даунвеллинг - "сползание" прибрежных вод на глубину по материковому склону. Весной вдоль берегов формируется обратный процесс - апвеллинг, когда прогретая и опресненная за счет материкового стока вода, становясь более легкой, относится от берега и поднимается вверх. Калянус пользуется этим сезонным течением для перемещения к поверхности - зачем тратить силы, если работает "лифт"?
В верхних слоях воды рачок приступает к нересту. Скорее всего, у него есть излюбленные районы, и маркером "родильных домов" может служить рыба. Мойва, сельдь, скумбрия, треска, пикша и другие тоже нерестятся у берегов Норвегии, причем каждый вид - в строго определенном месте. Очевидно, выбор места в значительной мере связан с обилием пищи для личинок. А начинают они все питаться в основном науплиями - личинками калянуса.
Таким образом, постепенно вырисовывается пространственная структура популяции рачка с определенными районами зимовки, нереста. А есть ли места откорма? По наблюдениям ученых Полярного научно-исследовательского института в Мурманске, в Норвежском море скопления калянуса привязаны к районам дивергенции (расхождения) течений. Биологический смысл явления понятен: дивергенция - это апвеллинг, подъем к поверхности глубинных вод, обогащенных веществами, питательными для фитопланктона, который в свою очередь служит пищей калянусу. Вот только по физическим законам пассивные частицы, к коим до сих пор причисляют и рачков-калянусов, в таких местах должны разноситься течениями, а не скапливаться. Значит, и здесь рачок выработал механизм, как выйти в кормную зону и удержаться в ней.
Итак, вовсе не рабом океанических течений предстает перед нами калянус, один из представителей зоопланктона, а искусным наездником, использующим могучую энергию воды для перемещения в районы нереста, откорма, зимовки. В совокупности пути миграции должны составить замкнутый цикл, очерчивающий район существования популяции. Есть основания предполагать, что жизни одного рачка не хватает для завершения цикла: начинает путешествие одно поколение, а заканчивает уже другое, а то и третье.
Очередной раз в результате синтеза накопившейся информации вместо кажущегося хаоса в распределении и перемещении планктонных животных начинают проступать контуры стройной системы. Открывается новый могучий пласт неизведанного и неисследованного. Планета Океан готова расстаться с еще одной из своих многочисленных тайн.
