DVM: Самая большая в мире игра в прятки
Дильная вертикальная миграция (ДВМ) - это ежедневное синхронизированное перемещение морских животных между поверхностными и глубинными слоями открытого океана. Это поведение является самой крупной миграцией животных на планете, которую ежедневно совершают триллионы животных во всех океанах. Подобно большой игре в прятки, животные, совершающие ДВМ, проводят день, прячась от хищников в глубинах океана, а затем мигрируют к поверхности, чтобы под покровом темноты покормиться. В этой статье мы рассмотрим эту невероятную стратегию выживания. Мы представим животных, участвующих в ней, опишем, как среда открытого океана способствует ДВМ, и раскроем вопросы, на которые еще предстоит ответить, поскольку океанская среда продолжает меняться.
Что такое дневная вертикальная миграция?
Стаи птиц, улетающие на зиму на юг, и гигантские стада диких зверей в поисках зеленых пастбищ в Серенгети - вот некоторые знакомые примеры миграций животных. Диальная вертикальная миграция (ДВМ) менее известна, но мы думаем, что она покажется вам не менее увлекательной. ДВМ описывает синхронизированное перемещение морских животных между поверхностными и глубинными слоями открытого океана. Такое поведение происходит каждый день, в каждом океане, и по биомассе это самая большая миграция на планете!
Чтобы лучше понять это поведение, давайте разделим DVM на отдельные слова. Diel означает, что оно происходит в суточном, 24-часовом цикле. Вертикальное означает направление движения вверх и вниз в толще воды, обычно между поверхностным слоем (так называемым эпипелагическим слоем) и более глубоким, средним слоем (так называемым мезопелагическим слоем). Это расстояние составляет до 1 000 м, и для маленьких океанических животных, называемых зоопланктоном, которые совершают ДВМ, это впечатляющее путешествие;
"По их масштабам это огромное движение. Если сравнивать с человеком, то это все равно что пробежать 10 км за ужином, а затем 10 км перед сном, причем сделать это с удвоенной скоростью олимпийского марафонца", - говорит старший научный сотрудник MBARI Келли Бенуа-Берд 1 .
Наконец, миграция говорит нам о массовом перемещении животных. На самом деле, по биомассе (общей массе животных на определенной территории) это считается самой большой миграцией животных на планете. Например, только мелкие мигрирующие рыбки имеют глобальную массу более 1 000 миллионов тонн [ 1 ]! Слово "миграция" также дает нам понять, что ДВМ не случайна и не совершается ради забавы, а служит важной цели - помогает животным выжить.
Почему животные так поступают?
Как же ежедневный марафон на такую дистанцию помогает этим животным оставаться в живых?
Давайте разберемся в ситуации. В океане свет меняется в толще воды, создавая освещенную солнцем поверхностную воду и темную глубинную. Этот свет также меняется в течение дня. Эти световые условия, меняющиеся как по глубине, так и по времени, важны для поведения ДВМ.
Зоопланктон - это богатая энергией закуска для многих хищников, таких как рыбы, киты и морские птицы. Эти хищники быстры и используют глаза для обнаружения пищи, что означает, что они наиболее эффективны в охоте днем и в освещенной солнцем поверхностной воде. Однако источник пищи зоопланктона - крошечные растения, известные как фитопланктон, - также находятся только в поверхностных слоях воды.
Поэтому перед зоопланктоном встает дилемма: если они останутся кормиться в поверхностных водах, то рискуют быть съеденными. Если же они спрячутся на глубине, то будут в большей безопасности, но вскоре умрут от голода. Это то, что мы называем компромиссом: каждый вариант (кормиться или прятаться) несет в себе выгоду, но также и затраты. DVM - это умное решение зоопланктона, позволяющее сбалансировать этот компромисс и получить лучшее из обоих вариантов [ 2 ].
Подобно игре в прятки, зоопланктон в светлое время суток остается в глубоких темных водах, вне поля зрения своих хищников. Под покровом ночи они мигрируют вверх из мезопелагического слоя в эпипелагический, где могут пастись в относительной безопасности в ночной темноте (рис. 1).
Когда океанские животные мигрируют таким образом?
Зоопланктон хочет питаться как можно дольше, но при этом избегать поверхности в светлое время суток. В результате они точно подстроили свои миграции под время восхода и захода солнца - мигрируют вверх, когда солнце садится, и вниз, когда солнце встает (рис. 1).
Из-за смены времен года время миграций вверх и вниз меняется в течение года. Весной и осенью на большей части планеты день и ночь длятся примерно по 12 часов. Но зимой дни очень короткие, а ночи очень длинные, поэтому восход солнца наступает гораздо позже, а закат - гораздо раньше, а летом происходит обратное. Мы видим, как эти изменения отражаются в сроках миграций зоопланктона.
Исключение из этого правила составляют высокие широты - Арктика и Антарктика. Здесь времена года выражены настолько ярко, а дни зимой становятся настолько короткими, что дневной свет отсутствует по несколько месяцев подряд. В этот период, называемый полярной ночью, темно 24 часа в сутки. Чем же занимается зоопланктон? Раньше мы думали, что в это время они впадают в спячку. Но последние исследования показали, что некоторые из них бодрствуют всю зиму [ 3 ]. Вместо того чтобы мигрировать вместе с солнцем, они начинают мигрировать в ответ на лунный свет [ 4 ].
Какие океанические животные совершают ДВМ?
Когда мы используем слово "зоопланктон", мы на самом деле имеем в виду самую разнообразную группу животных. Их размер может варьироваться от менее миллиметра в длину до гораздо более крупных экземпляров, таких как медузы. Зоопланктон может выглядеть очень непохожим друг на друга, но их объединяет то, что, хотя они и способны слабо плавать или передвигаться в толще воды, они могут преодолевать большие расстояния по морю, только дрейфуя вместе с течениями. Некоторые примеры зоопланктона можно увидеть на рисунке 2.
Зоопланктон очень важен для наших экосистем. Многие зоопланктоны поедают фитопланктон и превращают его в источник энергии. Когда зоопланктон, питающийся фитопланктоном, съедается сам, энергия из фитопланктона становится доступной для более крупного зоопланктона, рыб и даже китов. Таким образом, ДВМ влияет на животных, находящихся гораздо выше по пищевой цепочке, чем сам зоопланктон. ДВМ происходит не только в зоопланктоне. ДВМ была замечена у рыб, и даже некоторые акулы используют свою версию ДВМ. Таким образом, это не просто игра в прятки. Зоопланктон прячется от своих хищников (например, мелких рыб), а те, чтобы спрятаться от своих хищников (крупных рыб), занимаются ДВМ. И эта масштабная игра происходит каждую ночь прямо под волнами.
Где происходит ДВМ?
Если вы заглянете в любое море, океан или озеро на всей планете в любое время, то увидите, что животные занимаются ДВМ. Каждый вечер на закате они всплывают на поверхность, а на рассвете погружаются на глубину. ДВМ происходит повсюду! Точное время меняется. Вдали от экватора дни летом длиннее, а зимой короче, и это отражается на сроках миграций. В равноденствия, 21 сентября и 21 марта, длина дня совпадает по всей планете. Теоретически все мигранты должны выплывать на поверхность примерно в 6 часов вечера. Когда Земля вращается и солнце садится, мигранты начинают плыть. Представьте себе это как огромную стадионную волну по всем водоемам мира.
Что дальше?
Ученые постоянно генерируют новые идеи о том, что контролирует время, глубину и продолжительность ДВМ. Сейчас есть основания полагать, что ДВМ может быть не такой уж простой прямой реакцией на свет. Фактически, температура и уровень кислорода в воде, и даже генетический состав отдельных животных являются другими факторами, определяющими положение животных в толще воды в течение суточного цикла [2].
Поскольку океаны продолжают нагреваться в результате изменения климата, ученые также хотят понять, как изменение окружающей среды повлияет на ДВМ. Например, рыбы и зоопланктон перемещаются на север, чтобы оставаться в пределах оптимального температурного диапазона. Это может привести их к новым условиям освещения, подвергая их воздействию более длинных дней летом и более коротких дней зимой [ 5 ]. Как эта новая световая среда может повлиять на их миграции? Приспособятся ли они к своей отлаженной стратегии, или же популяции столкнутся с более низкими показателями выживаемости?
Ученые интересуются этими вопросами, потому что зоопланктон и его ДВМ имеют огромное значение. Ведь после того, как зоопланктон всю ночь кормится у поверхности, он мигрирует на глубину, унося с собой свои какашки, наполненные углеродом. Эти какашки выступают в роли скоростных транспортных средств для углерода, который может быть заперт на тысячи лет, когда он достигнет дна моря [ 6 ]. Поскольку уровень углерода в нашей атмосфере способствует глобальному потеплению, любые изменения в популяции зоопланктона могут иметь серьезные последствия для эффективности удаления углерода и для способности океана регулировать глобальный климат.
В общем, фраза "лучше быть голодным, чем мертвым" [ 7] как нельзя лучше отражает причину, по которой так много животных участвуют в гигантской игре в прятки, известной как DVM. Питаясь ночью и прячась днем, ДВМ позволяет им балансировать между потребностью в еде и избеганием быть съеденными! DVM очень важна для понимания этих могучих мигрантов и их многочисленных ролей в открытом океане. Можно сказать, что она меняет ход событий.
