Жизнь — это движение: перспективы телеметрических исследований

Рис. 1. Радиодатчики, прикрепленные к нескольким самкам белой акулы, в течение двух лет передавали через спутники данные об их передвижениях. Это позволило выявить двухгодичный цикл, связанный с брачными миграциями, беременностью и рождением детенышей, определить «родильные площадки» этой кровожадной и редкой рыбы. Фотография из статьи M. L. Domeier, N. Nasby-Lucas, 2013. Two-year migration of adult female white sharks (Carcharodon carcharias) reveals widely separated nursery areas and conservation concerns

Группа специалистов-океанографов представила обзор перспективного направления исследований — телеметрических наблюдений за морскими обитателями. Современные технологии открывают широкие возможности применения телеметрии: датчики стали многофункциональными, миниатюрными, энергосберегающими и энергоемкими. С их помощью можно отслеживать перемещения различных видов позвоночных и беспозвоночных животных как в локальном, так и в планетарном масштабе, соединяя эти данные с измерениями различных параметров окружающей среды. Так океанографам и экологам становится доступен огромный пласт новой информации.

В экологических построениях и популяционной генетике организм зачастую воспринимается как субъект физиологических потребностей, как носитель генетической информации, как носитель того или иного поведенческого паттерна. Но куда, как и почему он всё это несет? Перемещения организма напрямую отражают его связь с окружающим пространством, поэтому важно понимать пути движения индивидуальных организмов, а не только целых групп.

До последнего времени изучать миграции было очень трудно: пространства огромны, а возможности слежения были сильно ограничены. О миграциях судили по косвенным данным — регистрировали места повторного попадания меченых особей, отслеживали перемещения скоплений животных, за крупными животными наблюдали с вертолетов. Всего тридцать лет назад была опубликована первая работа по телеметрии — в течение 17 дней регистрировалось положение китовой акулы близ поверхности воды (I. G. Priede, 1984. A basking shark (Cetorhinus maximus) tracked by satellite together with simultaneous remote sensing). Регистрация велась с помощью радиосигнала, который передавался на спутниковую систему. Так определялось положение акулы в пространстве.

Но в последние два десятилетия техника развивалась быстрыми темпами, так что телеметрия с тех пор преобразилась. Радиосигналы в передатчиках скомбинировались с акустическими сигналами, спутниковая связь совершенно наладилась, передатчики стали миниатюрными (радиопередатчик теперь весит около 1,4 грамма), продолжительность жизни энергоэлемента передатчика теперь измеряется годами, разработаны глобальные базы данных... Всё это существенно расширило и область применения подобных исследований, и набор животных, способных нести передатчик. С начала XXI века уже опубликовано около тысячи работ по акустической и спутниковой телеметрии. Перспективы таких исследований колоссальны. Вот лишь несколько примеров уже сделанных открытий.

Морские черепахи совершают трансокеанические миграции — это открыла телеметрия. Радиопередатчики крепят к панцирю черепахи, и, когда она выныривает, чтобы вдохнуть, сигнал передается на спутник (рис. 2). Когда черепаха находится под водой, передатчик выключается, сберегая энергию. По координатам передатчика вырисовывается путь черепахи (см. видео).

Рис. 2. Годичные пути нескольких самок кожистых черепах после откладки яиц (особи отмечены каждая своим цветом и буквой). Они отправляются в путешествие через Атлантический океан, едят, что попадается по дороге, редко останавливаясь даже в местах с высокой концентрацией пищи. Такие дальние, безостановочные перемещения сильно отличаются от обычных пищевых миграций кожистых черепах, еще не отложивших яиц. График из обсуждаемой статьи в Science со ссылкой к оргинальной работе G. C. Hays et al., 2006. Flexible foraging movements of leatherback turtles across the North Atlantic Ocean

Таким же образом в течение нескольких месяцев следили за загадочными перемещениями европейских угрей, стартовавших от берегов Европы и проплывших тысячу с лишком километров до Саргассова моря; за вертикальными и горизонтальными миграциями китов, акул, тунцов, кальмаров. Нужно отметить, что актуальными с хозяйственной точки зрения считаются работы по миграциям лососевых рыб и акул, поэтому таких исследований больше всего. Но появляются и более экзотические объекты телеметрических исследований, как, например, гигантские кальмары (W. F. Gilly et al., 2006. Vertical and horizontal migrations by the jumbo squid Dosidicus gigas revealed by electronic tagging) и креветки (M. D. Taylor, A. Ko, 2011. Monitoring acoustically tagged king prawns Penaeus (Melicertus) plebejus in an estuarine lagoon).

Сейчас, конечно, возможности датчиков гораздо изощреннее, чем простая регистрация координат. Датчики попутно измеряют температуру, соленость воды, скорость течения (то есть, по сути, скорость движения «подопечного»). За счет этого задачи исследований разнообразятся и усложняются. Так, было доказано, что высокая смертность в северо-западной популяции сивучей — это результат хищничества полярных акул (M. Horning, J. E. Mellish, 2014. In cold blood: evidence of Pacific sleeper shark (Somniosus pacificus) predation on Steller sea lions (Eumetopias jubatus) in the Gulf of Alaska). Прежде полярных акул не считали сколько-нибудь значительным врагом сивучей, но именно так и оказалось. Это выяснили, сопоставляя различные показания датчиков, вживленных в брюшную стенку тюленят. Датчики отслеживали температуру, глубину, местоположение и наличие света. Датчики имели положительную плавучесть и, если регистрировался свет, то это означало, что датчик всплыл на поверхность, а с тюлененком что-то случилось. Что именно случилось, определяли по динамике температуры: если свет засекался сразу или через некоторое время после резкого снижения температуры, то это указывало на насильственную смерть, а если температура снижалась постепенно, то смерть была естественной. Полярные акулы, как выяснилось, нападают на молодых тюленей: примерно половина меченых датчиками животных возрастом от полутора до четырех лет погибла от нападений акул. «Личность» хищников предположили, опять же, по температурным измерениям тех датчиков, что оказались в теле акулы после удачного обеда, — среди всех опасных для сивучей хищников только у полярных акул температура тела близка к температуре воды.

Интересен пример исследования пищевого поведения северных морских слонов, выполненного с помощью комбинированных датчиков, укрепленных на челюстях животных (Y. Naito et al., 2013. Unravelling the mysteries of a mesopelagic diet: a large apex predator specializes on small prey). Они позволили регистрировать не только параметры окружающей среды, но и движения челюстей. Выяснилось, что морские слоны питаются в мезопелагиали (области в толще воды на глубине 200–1000 метров; см. Mesopelagic zone), а их добычу составляют некрупные, примерно 10–20 см, животные (рис. 3). Так что морские слоны вовсе не привередливы — этим громогласным морским гигантам для еды, как ни удивительно, подходит любая мелочь. Они, скорее всего, даже не могут различать добычу.

Рис. 3. Трехмерная карта перемещений одного из четырех морских слонов с прикрепленными телеметрическими датчиками. Белая линия — это путь плывущего животного, ныряющего и поднимающегося к поверхности. Красными точками отмечены моменты движения челюстей. Хорошо видно, что морской слон ловит рыбу на определенной глубине и что основная цель его погружений — именно добыча еды. Non JME dives — погружения без движений челюстей. Рисунок из обсуждаемой статьи в Science со ссылкой на оригинальную статью Y. Naito et al., 2013. Unravelling the mysteries of a mesopelagic diet: a large apex predator specializes on small prey

Любопытны также сравнения перемещений видов, составляющих вершины пищевой пирамиды. Они показывают, насколько виды разграничивают пространство из-за конкуренции или других причин (рис. 4). Или напротив, оказывается, что предполагаемые конкуренты прекрасно сосуществуют и питаются на одной акватории. Такие заключения возможны только как результат долговременных и масштабных телеметрических наблюдений.

Рис. 4. Весенние миграции горбачей (humpback whales) и гренландских полярных китов (bowhead whales). Цветными линиями очерчены зоны основных локализаций меченых китов за три года (с 2008 по 2010). Горбачи питаются крилем, гренландские киты — мелкой рыбой, потребляющей криль. Миграции этих двух видов разобщены во времени и пространстве. Но, как показывают данные, в ближайшем будущем из-за потепления горбачи и полярные киты могут расширить свой ареал и начать конкурировать на одной акватории. Рисунок из обсуждаемой статьи в Science со ссылкой на оригинальную статью K. L. Laidre, M. P. Heide-Jørgensen, 2012. Spring partitioning of Disko Bay, West Greenland, by Arctic and Subarctic baleen whales

Авторам обзора видится особенно важным применение телеметрии для сбора различных океанографических данных, недоступных иными способами. Действительно, трудно получить надежные сведения, например, об условиях под ледовой толщей. Но, прикрепив многофункциональный датчик к тому или иному активному полярному обитателю, такие сведения можно получить сравнительно легко. Так, нарвалы и белухи «исследовали» водные толщи под арктическим льдом, морские львы оказались незаменимыми «исследователями» южно-антарктических вод.

Сейчас отработана хорошая технологическая база для различных телеметрических проектов. Нужны скоординированные рабочие усилия по этим проектам и объединение всех этих данных в единую сеть. Такое объединение даст общую масштабную картину о реальной жизни на нашей планете.

Источник: Nigel E. Hussey et al. Aquatic animal telemetry: A panoramic window into the underwater world // Science. 2015. V. 348. P. 1221. DOI: 10.1126/science.1255642.

Елена Наймарк