«Облачно, возможны косатки»: Морской биолог рассказывает, как они живут и общаются между собой

У косаток много общего с человеком. Они узнают себя в зеркале, говорят на разных диалектах, нуждаются в общении с сородичами и объединяются в социальные группы: семьи и кланы. В книге «Облачно, возможны косатки» (издательство «Альпина нон-фикшн») биолог, специалист в области акустической коммуникации млекопитающих и поведения китообразных Ольга Филатова рассказывает, как эти морские млекопитающие живут и общаются между собой. Оргкомитет премии «Просветитель» включил ее в «длинный список» из 16 книг, среди которых будут выбраны финалисты и лауреаты премии. Предлагаем вам ознакомиться с фрагментом, посвященным зрению, слуху и приспособлениям для сохранения тепла у китообразных.

Посмотреть в глаза косатке

Вообще фактических данных о Щекне, как и обо всей миссии в целом, набралось множество. Некоторые из них были поразительные, но все они со временем вступали в противоречие с новыми фактами либо полностью опровергались последующими наблюдениями. Похоже было, что наша ксенология склонялась к тому, чтобы поднять (или опустить — как кому нравится) руки перед этой загадкой. И многие весьма порядочные ксенологи присоединились к мнению Раулингсона, сказавшего еще лет десять назад в минуту слабости: «По-моему, они просто морочат нам голову!..»
А. и Б. Стругацкие. «Жук в муравейнике»

Однажды к нам в экспедицию приехала очередная девочка-студентка. Она была романтична, как многие в ее возрасте, и свое желание поучаствовать в нашей работе объяснила тем, что хочет «посмотреть в глаза косатке». Девочке удалось реализовать эту мечту, но мы так и не узнали, увидела ли она в глазах косатки то, что искала. Скорее всего, нет, потому что больше она к нам не приезжала. На самом деле в глазах косатки, да и других китообразных действительно можно увидеть массу интересного, если посмотреть повнимательней. Ведь их глаза удивительным образом приспособились к тому, чтобы видеть и под водой, и в воздухе. Вспомните, каким мутным все выглядит под водой, если нырнуть без маски. А косатке нужно четко видеть и в своей морской стихии, и вне ее — они нередко высовывают голову из воды и осматриваются, чтобы оценить обстановку, ведь в воздухе видно гораздо дальше.

Четкая картинка у нас в глазу формируется благодаря особой системе линз, преломляющих свет. У наземных зверей эту роль играют две структуры — роговица и хрусталик. Особенно сильно преломляет свет выпуклая поверхность роговицы, так как у нее показатель преломления значительно выше, чем у воздуха. Но у воды показатель преломления почти такой же, как у роговицы, поэтому под водой она почти не преломляет свет — из-за этого-то мы и видим все так размыто. Если надеть очки или маску, они создают слой воздуха перед глазом, роговица работает как обычно, и мы можем насладиться красотами подводного мира.

У китообразных свет преломляет в основном не роговица, а хрусталик, поэтому он имеет не уплощенную форму, как у нас, а почти сферическую. В нашем глазу фокусировка на объекты, находящиеся вблизи или вдалеке, достигается путем изменения кривизны хрусталика с помощью специальных мышц. Со сферическим хрусталиком такой механизм не работает, поэтому китообразные решают эту задачу иначе — путем смещения хрусталика вперед или назад. У них есть мышцы, позволяющие слегка выдвигать глаз из орбиты и втягивать обратно. Когда глаз втягивается, внутриглазное давление повышается, что приводит к смещению хрусталика вперед; когда глаз выдвигается из орбиты, давление понижается, и хрусталик смещается назад.

Когда дельфин высовывает голову из воды, чтобы рассмотреть что-то на воздухе, роговица начинает преломлять свет. Теоретически при этом животные должны становиться очень близорукими, так как к преломлению в хрусталике добавляется сильное «незапланированное» преломление в роговице. Тем не менее дельфины на воздухе хорошо видят — в дельфинарии они способны точно рассчитать траекторию прыжка и без труда различают тренеров.

Хитрость заключается в особой форме роговицы. В отличие от наземных млекопитающих, у которых она равно мерно выпуклая, у дельфинов роговица имеет форму, похожую на ложку, с меньшей кривизной в передней и задней частях. Зрачок у дельфинов необычной подковообразной формы. При высокой освещенности его центр полностью смыкается, а открытыми остаются только рога подковы — две узкие щели в передней и задней частях радужной оболочки. Уплощенные области роговицы находятся как раз над этими щелями, так что на воздухе при хорошем освещении свет проникает в глаз дельфина только через них и почти не преломляется.

Кроме того, близорукость в воздухе частично компенсируется смещением хрусталика: рассматривая что-то, дельфин несколько выдвигает глаз вперед, тем самым снижая внутриглазное давление, — это уменьшает кривизну роговицы и приводит к смещению хрусталика назад и уменьшению близорукости. Под водой глаз втянут в орбиту, в результате чего повышение внутриглазного давления приводит к сдвигу хрусталика вперед, подстраивая глаз к зрению под водой.

В сетчатке глаза большинства млекопитающих есть область, в которой концентрация светочувствительных клеток максимальна. Обычно она либо находится в центре сетчатки, либо — у животных с боковым расположением глаз (например, у зайцев) — растянута в виде горизонтальной полоски. У китообразных таких областей две: одна расположена в передней, а другая — в задней части глаза. Когда зрачок дельфина на ярком свету закрывается, оставляя два отверстия, каждое из них оказывается как раз напротив соответствующей области на сетчатке.

Под водой света гораздо меньше, чем на воздухе, и освещенность резко убывает с глубиной, поэтому зрачок открывается, из подковообразного превращаясь в круглый. Чтобы эффективнее использовать свет, за сетчаткой дельфинов находится отражающий слой, так называемый тапетум. Отражая попадающие в глаз лучи, он позволяет зрительным клеткам уловить больше света. Тапетум есть у многих ночных животных, в том числе у наших домашних собак и кошек — именно поэтому глаза у них светятся в темноте.

Различают ли дельфины цвета? На этот вопрос сложно ответить однозначно. У нас в сетчатке есть две разновидности светочувствительных клеток — палочки и колбочки. Палочки более чувствительны и реагируют на весь диапазон видимого света, поэтому в сумерках мы видим все в моно хроме. Колбочки делятся на несколько типов, каждый из которых избирательно реагирует на свет в определенном диапазоне — например, от желтого до зеленого. У большинства млекопитающих два типа колбочек, но у некоторых приматов, включая нас с вами, их три — поэтому мы хорошо различаем красный цвет, а для собак он лишь оттенок зеленого. А вот рептилиям и птицам повезло больше — у многих из них встречается аж четыре разных типа колбочек, да и диапазон воспринимаемых длин волн у них пошире, чем у нас. Считается, что ранние млекопитающие утеряли два из четырех типов колбочек своих синапсидных предков, поскольку вели преимущественно ночной образ жизни, при котором различать цвета совершенно необязательно. Дельфинам с цветовым зрением не повезло еще больше: у них остался лишь один тип колбочек, воспринимающий желто-зеленый цвет. Поэтому-то и сложно сказать, различают ли дельфины какие-нибудь цвета: зеленые колбочки будут сильнее возбуждаться на зеленый свет, чем на красный, но отсутствие в сетчатке других колбочек — для сравнения — не позволяет определить, вызвано ли это возбуждение разницей в яркости или в цвете. Возможно, дельфины могут оценить это, используя различия в сигналах с колбочек и палочек.

В отличие от зрения, которое у китообразных хуже нашего, слух их гораздо лучше. Это неудивительно — ведь в мутной воде звуковой канал становится основным для ориентации в пространстве и общения с сородичами. У дельфинов слух смещен в высокочастотную область по сравнению с нашим: если человек способен слышать звуки частотой до 20 (а чаще — до 15) килогерц, то дельфины слышат звуки частотой в 100 и более килогерц. Этим они обязаны особому строению уха.

И в воде, и в воздухе звук представляет собой колебание частиц, но если на воздухе для таких колебаний характерно большое смещение частиц и малое изменение давления, то в воде наоборот — смещение маленькое, а изменение давления большое. Барабанная перепонка, работающая как приемник и преобразователь звука в ухе наземных млекопитающих, имеет высокую чувствительность к смещению частиц, но слабо реагирует на изменение давления, поэтому она плохо приспособлена к восприятию звука под водой. Вместо нее у китообразных к стремечку подходит тонкий отросток тимпанической кости, которая хорошо реагирует на изменение давления, так как она жесткая и имеет большую площадь. Помимо простого улучшения подводного слуха, это привело к существенному улучшению восприятия высоких частот, так как жесткие объекты лучше передают высокочастотные колебания, чем мягкие ткани, подобные барабанной перепонке, ведь инерция колебаний в них слабее.

Но просто хорошо слышать звуки мало, для успешной ориентации нужно еще уметь определять, откуда они исходят. Наземные млекопитающие делают это по разнице тембра, громкости и времени прихода звуков в разные уши. Например, если собака лает слева от нас, в левое ухо звук лая приходит раньше, чем в правое, и он чуть более гром кий, так как правое ухо от него экранирует голова, — наш мозг автоматически считывает такие различия и выдает нам вероятное направление источника звука. У китообразных голова имеет почти такую же плотность, как окружающая ее вода, поэтому звук проходит через нее совершенно свободно (именно поэтому человеку так сложно определить направление звука под водой). Наружный слуховой про ход у китообразных зарастает — он не нужен, так как звук легко проходит через кожу и мышцы. Чтобы экранировать уши друг от друга, они отделены от костей черепа губчатой жировой тканью, имеющей более низкую плотность, чем вода и прочие ткани тела, — на границе сред с различной плотностью звук затухает, и получается такой же эффект, как с головой на воздухе. Благодаря этому китообразные прекрасно определяют направление, по которому находится источник звука, а их ушные кости — симпатичные полушария, не приросшие к черепу и легко отделяющиеся у мертвого кита, — стали популярным сувениром.

Направленный высокочастотный слух стал предпосылкой развития еще одной адаптации, определившей эволюционный успех зубатых китов, — эхолокации. В воде видимость не превышает десятков метров, а чаще и того меньше, и в таких условиях китообразным приходится находить добычу на слух — по звукам, издаваемым косяками рыбы, или ориентируясь на крики пирующих морских птиц. Но зубатые киты научились активно использовать звук для ориентировки и поиска корма — они издают щелчки, которые отражаются от добычи или от дна и эхом возвращаются назад, и по этому эху животное может определить расстояние до объекта, его размер, форму и даже материал, из которого он состоит. Разрешающая способность эхолокации дельфинов просто поразительна — они, можно сказать, видят с помощью звука^*. На расстоянии сотни метров дельфины способны обнаружить пятисантиметровую металлическую сферу. Плавательный пузырь рыб, наполненный воздухом, отражает звук еще лучше, чем металл, так что шанса спрятаться от голодных дельфинов у них не остается — даже камбалу, закопавшуюся в песок, они легко находят с помощью своего эхолокатора.

Зрение и слух — не единственные проблемы китов и дельфинов, доставшиеся им в наследство от сухопутных предков. Китообразные проводят всю жизнь в воде, будучи при этом млекопитающими со всеми вытекающими последствиями: они теплокровны, дышат воздухом, рождают живых детенышей и выкармливают их молоком. В этом есть свои преимущества и недостатки. Теплокровность и воздушное дыхание позволяют поддерживать более высокий уровень обмена веществ и иметь большой сложный мозг, который не могут себе позволить прочие морские обитатели, — никакая рыба не сравнится с китом по уровню интеллекта. В то же время все эти особенности, появившиеся у сухопутных животных, в воде порождают ряд проблем, которые китообразным приходится так или иначе решать.

Взять хотя бы теплокровность. Все мы знаем, что в воде можно замерзнуть гораздо быстрее, чем на воздухе, даже если ее температура ненамного ниже температуры тела, — это связано с высокой теплопроводностью воды. Китообразные проводят в воде всю жизнь и нередко обитают в холодных, а то и вовсе приполярных водах. Меха у них нет — ведь он греет под водой лишь до тех пор, пока не намокает и сохраняет прослойку воздуха, так что это не лучший вариант для животных, постоянно находящихся в воде. Чтобы не замерзнуть, китообразные «одеты» в прослойку подкожного жира. У тропических дельфинов он совсем тонкий, а у обитателей холодных вод может достигать внушительной толщины — например, до 40 сантиметров у гренландского кита.

Помогают сохранять тепло и крупные размеры — ведь по мере увеличения животного его поверхность растет в квадрате по сравнению с линейными размерами, а объем — в кубе. Поэтому отношение поверхности к объему у крупных животных ниже, чем у точно таких же по форме, но маленьких, соответственно ниже и потери тепла. Китообразные — довольно крупные животные. Самое мелкое из них — дельфин Гектора — лишь немногим уступает в размерах взрослому человеку: его длина составляет 1,2–1,6 метра, а вес — 40–60 килограммов. Самое большое китообразное и вообще самое крупное животное, когда-либо жившее на Земле, — это синий кит, достигающий длины 33 метра и веса более 170 тонн.

Другое приспособление к сохранению тепла — это так называемые комплексные сосуды в плавниках. Слой жира изолирует только тело кита, но не плавники, поэтому теплоотдача через них значительно выше. Чтобы избежать лишних теплопотерь, сосуды у китообразных в плавниках имеют особое строение: центральная артерия окружена сетью вен. Артерия несет теплую кровь из глубины тела, а вены — холодную кровь из конечности; в комплексных сосудах они соприкасаются, и теплая артериальная кровь по ходу сосуда согревает холодную венозную кровь, отдавая ей тепло. В итоге конечность остается холодной, а тепло возвращается обратно в тело животного.

Когда кит движется быстро, у него возникает обратная проблема — как избавиться от лишнего тепла, ведь тело-то изолировано слоем жира. В таких ситуациях усиливается кровоток в плавниках, артерия расширяется, частично пережимая окружающие ее вены, и поток теплой крови устремляется к краям плавников, щедро отдавая тепло во внешнюю среду. Помимо увеличения теплоотдачи, это приводит к повышению жесткости плавников, что тоже важно при быстром передвижении. В результате достигается двойной эффект: когда животное находится в спокойном состоянии и плывет медленно, комплексные сосуды слабо наполнены кровью, теплоотдача низкая и плавники мягкие; при активном плавании комплексные сосуды наполняются кровью, теплоотдача высокая и плавники жесткие.

Подкожный слой жира как подводная теплоизоляция хорош всем, кроме одного: кожа находится снаружи от него и, соответственно, остывает. А ведь она должна периодически обновляться, и для этого необходим приток крови, несущей питательные вещества для роста новых клеток. Но если приток крови произойдет в холодной воде, это приведет к значительной потере тепла. Некоторые обитатели холодных вод, например белухи, населяющие арктические моря, решают эту проблему, выбирая для линьки мелководные теплые бухты и эстуарии рек. А антарктические косатки типа «B», охотящиеся на тюленей среди плавучих льдов, по ступают еще радикальнее — они совершают регулярные ми грации в тропики. Этот удивительный факт обнаружил американский ученый Джон Дурбан с помощью установленных на плавники косаток спутниковых меток, которые регулярно транслировали местоположение животного. Миграции не приурочены к какому-то определенному сезону; просто время от времени косатки покидали ледяные антарктические воды и быстро шли прямиком на север, достигая теплых вод на широте Уругвая и Бразилии. Один трек, длившийся 109 дней, позволил зафиксировать безостановочную миграцию туда-обратно длиной более 9400 километров всего за 42 дня. В теплых водах косатки перемещались медленнее, но не было замечено никаких резких изменений в скорости или направлении движения, которые могли бы указывать на роды, длительную кормежку или другие уважительные причины, ради которых стоило бы идти в такую даль. Единственное объяснение таким миграциям — потребность косаток в линьке. Им необходимо периодически сбрасывать отмирающую старую кожу и наращивать новую, но регенерация требует прилива крови, что ведет к резкому росту теплопотерь. По-видимому, косаткам энергетически выгоднее сплавать в отпуск в тропики, чем линять в антарктических водах при температуре, близкой к нулю.

Подробнее читайте:
Филатова, О. Облачно, возможны косатки / Ольга Филатова — М. : Альпина нон-фикшн, 2022. — 464 с. + 16 с. вкл. — (Серия «Животные»)