Исследователи пытаются пролить свет на то, что заставляет многих обитателей воды - от планктона до крупной рыбы - ежедневно добираться из глубины на поверхность
Каждый вечер, когда сумерки сменяются тьмой, полчища морских существ - от крошечного зоопланктона до громадных акул - поднимаются из глубин, чтобы провести ночь у поверхности. Они упиваются верхними водами, кормятся и спариваются, прежде чем отступить обратно перед рассветом.
Это массовое перемещение, известное как диэльская вертикальная миграция, часто называют крупнейшей синхронной миграцией на Земле. Когда планета вращается вокруг своей оси, а участки океана поворачиваются к солнечному свету или от него, это происходит в постоянном движении по всему миру.
Миграция была впервые задокументирована в начале 1800-х годов, когда натуралист Жорж Кювье заметил, что планктон, называемый дафнией - водяными блохами - исчезал и снова появлялся в течение дня в мелководном пресноводном озере. Затем, во время Второй мировой войны, был открыт «глубокий рассеивающий слой»: зона в океанах, которая неожиданно отклоняла сигналы сонара ВМФ и таинственно исчезала каждую ночь, как призрачное морское дно.
Ученый из Океанографического института Скриппса Мартин Джонсон предложил объяснение: глубокий рассеивающий слой может быть морскими животными, мигрирующими на поверхность. В июне 1945 года он проверил эту идею во время ночной экскурсии в водах Пойнт-Лома, Калифорния. Зоопланктон, медузы и различные ракообразные, пойманные им за серию из 14 выборок, показали, что движущийся слой действительно состоит из живых существ, совершающих вечернюю миграцию.
С тех пор ученые заметили этот регулярный маршрут почти в каждом водоеме, на который они смотрели. «Он универсален для всех мест обитания», будь то морские, пресноводные или солоноватые берега, - говорит Канчана Бандара, морской ученый из Арктического университета Норвегии. «Он универсален во всех географических точках, от тропиков до полюсов, и универсален во всех таксономических группах, от небольшого зоопланктона или фитопланктона до крупных китов и акул».
Но, несмотря на его распространенность, загадки остаются. Исследования показывают, что изменения в освещении вызывают вечерний переход, поэтому неясно, как животные в водах вокруг полюсов Земли, где бывают месяцы, когда солнечный свет постоянен или полностью отсутствует, узнают, когда пора мигрировать. Исследователи работают над тем, чтобы понять это, а также выяснить, когда различные существа совершают свои путешествия, и почему некоторые предпочитают вообще не путешествовать.
Понимание этих нюансов важно, говорят ученые, потому что вертикальная миграция диэлей служит гигантской конвейерной лентой, транспортирующей углерод, поглощённый поверхностными водами, в глубину - углерод, который в противном случае мог бы просто задерживаться в океане. поверхности или вернуться в атмосферу. Это дорогостоящая привычка: оценки показывают, что коллективная энергия, затрачиваемая одним только зоопланктоном на поездки в течение года, примерно равна годовому потреблению энергии в Соединенных Штатах.
«Это невообразимое количество энергии», - говорит Бандара.
Миграция Диэля при свете луны
Среди ученых существует консенсус в отношении того, что многим существам, включая зоопланктон, такой как дафния, миграция помогает избежать поедания. Более глубокие, темные воды обеспечивают убежище от глаз хищников в течение дня. Посещения поверхности, где пища находится в большем количестве, безопаснее всего совершать под покровом ночи.
Ученые также согласны с тем, что изменение интенсивности света является основным экологическим сигналом для мигрантов, говорит Хизер Брэкен-Гриссом, морской биолог из Международного университета Флориды. Когда свет начинает тускнеть, это может спровоцировать всплытие на поверхность.
Но это еще не все. В соответствии с моделью следования за светом ученые давно предполагали, что ежедневные миграции прекратятся в арктические зимы, когда бывают месяцы без дневного света.
Но в 2008 году исследователи сообщили, что зоопланктон действительно участвовал в вечерней миграции в арктических водах у Шпицбергена во время долгой полярной ночи. Более поздние исследования установили, что эта закономерность широко распространена и может быть вызвана лунным светом. В отчете за 2016 год группа ученых из Норвегии и Великобритании обследовала воды вокруг Арктики в месяцы до и после зимнего солнцестояния, когда солнце всегда находится за горизонтом. Используя методы гидроакустического отбора проб, команда обнаружила, что крошечные морские существа изменили свои миграции, синхронизируя их со светом луны, а не со светом солнца. И вдобавок к суточному циклу был месячный сигнал: Животные регулярно уходили в более глубокие воды при ярком свете полной луны.
Ученые также узнают больше о чрезвычайной чувствительности зоопланктона к изменениям освещенности. Работая в северной части Тихого океана, команда использовала акустические данные, подобные гидролокатору, для обнаружения ежедневных перемещений тварей, включая веслоногих, остракод, сальп и криля. Зарегистрированная погода была постоянно пасмурной, серой и моросящей, но зоопланктон все еще мог обнаруживать изменения в толщине облачного покрова и регулировать их глубину, сообщила команда в PNAS в августе. Разницы в яркости всего от 10 до 20 процентов было достаточно, чтобы спровоцировать мини-миграцию на 50 футов - немалый путь для крошечных животных.
Постоянный дневной свет полярного лета, похоже, также не останавливает зоопланктон от его ночного паломничества. В течение нескольких лет в водах у западного побережья Антарктики исследователи использовали специализированные сети, которые собирали образцы на определенных глубинах. Изучив содержимое, команда обнаружила, что твари продолжали свою миграцию на протяжении всего летнего дневного света, хотя для некоторых путь до работы был короче, когда дни были длиннее.
Тот факт, что крошечные морские животные сохранили свой суточный цикл даже без темноты, предполагает, что какой-то другой сигнал запускает их миграцию, либо независимо, либо в сочетании со светом - возможно, внутренние циркадные часы, говорит соавтор исследования Патриция. Тибодо, эколог планктона из Университета Род-Айленда. С помощью генетических исследований, а также лабораторных и полевых экспериментов ученые недавно установили, что такие часы действительно определяют суточные циклы некоторых мигрирующих видов, в том числе веслоногих рачков Calanus finmarchicus и антарктического криля Euphausia superba.
Исследование показывает, что, поскольку ставки так высоки - мигрировать или быть съеденным - эволюция благоприятствовала развитию внутреннего циркадного цикла миграции дилов в качестве резервной копии зависимости от сигналов окружающей среды.
Хищники могут повлиять на решение о миграции
Высокие ставки, связанные с ежедневной миграцией, похоже, также определяют поведение существ во время их поездок на работу. Исследования показали, что мигранты у острова Санта-Каталина в Калифорнии, как правило, держатся вместе в сплоченных группах или стаях во время путешествия, что может снизить риск быть съеденными. Более крупные и заметные животные, такие как рыбы, мигрируют позже - примерно через 80 минут после захода солнца, - чем более мелкие и менее заметные животные, которые начинают миграцию за 20 минут до захода солнца.
Присутствие хищников также побуждает некоторых мигрантов откладывать свой поход. Например, когда дельфины Риссо, питающиеся кальмарами, находились в этом районе, исследователи заметили, что кальмары ждали в более глубоких водах, откладывая свое путешествие примерно на 40 минут.
А некоторые люди в некоторые дни вообще отказываются от поездок на работу. Исследователи подозревают, что они не всегда могут быть достаточно голодными, чтобы чувствовать, что путешествие стоит риска. Эта идея, известная как «гипотеза голода/насыщения», утверждает, что люди в популяции мотивированы собственным уровнем голода.
Команда, включающая морского эколога Юго-восточного университета Нова Трейси Саттон, проверила эту теорию, воспользовавшись траловыми съемками в Мексиканском заливе после разлива нефти на платформе Deepwater Horizon. В течение семи лет автоматические системы сетей собирали образцы со станций отбора проб по всему заливу, как в глубоких, так и в поверхностных водах. Из них 588 тварей были затем отправлены в лаборатории, чтобы команда могла «вскрыть их желудки и посмотреть, что они едят», - говорит Саттон, соавтор обзора глубоководных пищевых сетей в «Ежегодном обзоре морской науки» за 2017 год.
Ученые обнаружили, что у тех, кто не мигрировал, все еще была еда в желудках, что позволяет предположить, что они решили не совершать поход, потому что они все еще были сыты предыдущей ночью. А у мигрирующих людей чаще были пустые желудки. Но остались исключения: один вид рыб и два вида ракообразных не следовали этому шаблону, предполагая, что отдельные особи в популяции «выбирают», мигрировать или нет, сообщили исследователи в феврале в Frontiers in Marine Science. Виды рыб, модели миграции которых не совпадали, также мигрировали на более мелкие участки и могли иметь более быстрый метаболизм, чем другие виды - переменные, которые могут взаимодействовать, говорит Саттон, что затрудняет получение каких-либо универсальных выводов.
Голод, свет, генетика и многое другое - ученые продолжают исследовать эти и другие факторы, влияющие на эту поездку на работу, включая соленость, температуру и воздействие ультрафиолетового излучения. Изучение этих переменных, а также того, когда животные перемещаются и кто кого ест, является ключом к пониманию углеродного цикла Земли, говорит Саттон, и того, как эти массовые поездки помогают изолировать его с течением времени.
Миграция, по его словам, «это более или менее все, если вы действительно отслеживаете углерод».
Knowable Magazine - независимое журналистское издание Annual Reviews.