http://www.ras.ru/digest/showdnews.aspx?id=572fd0e3-8b28-4603-a9ca-cf05f7df28b9&print=1© 2024 Российская академия наук
155 лет назад компания Ллойда включила в перечень страховых случаев повреждение обшивки судна при нападении меч-рыбы
Первое научное описание меч-рыбы присутствует в десятом издании «Системы природы» Карла Линнея 1758 года. За прошедшие с тех пор два с половиной века меч-рыба достаточно подробно изучена ихтиологами и биогидрофизиками, но по мере накопления данных о ней вопросов возникало больше, чем ответов. На сегодня о меч-рыбе точно известно только одно: говоря словами Жак-Ива Кусто, «это создание, которое запрограммировано природой на безрассудную отвагу».
Мечерыловидные
По данным ихтиологов, меч-рыба — космополитический вид, малой родины в Мировом океане у него нет. Обитает меч-рыба во всех океанах (кроме Северного Ледовитого) — от тропических до умеренных широт, иногда заходя и в холодные воды. Из внутренних морей она встречается только в Средиземном море, откуда иногда заходит в Мраморное, Черное и Азовское моря. Точнее, в последних двух морях меч-рыбу видели в последний раз 45 лет назад, а как наступила перестройка, так словно отрезало. Впрочем, возможно, что они по-прежнему иногда приходили сюда попастись на стаях кильки и хамсы, только ученым-ихтиологам стало не до поиска редких видов рыб: их экспедиционные суда занялись транспортировкой ширпотреба из Стамбула в черноморские порты, а те, кто счел это ниже своего достоинства, встали на прикол.
По типу питания меч-рыба оппортунистический хищник, то есть охотится не за какими-то конкретными жертвами, а ест всех, кто попадет под ее меч. Охотится она как в толще поверхностных вод на тунцов, корифен, скумбрию, сельдь, анчоусов, сардин, сайру, сарганов, кальмаров, так и на донных рыб — хека, треску, барракуд и т. д., ныряя на глубины до 650 м (по некоторым не вполне достоверным данным — до 800 м). Прямые наблюдения с помощью датчиков, прикрепленных к телу меч-рыб мини-гарпунами, свидетельствовали, что обычная глубина их ныряния за добычей редко превышает 250 м, а суточные миграции по океанским просторам — нескольких десятков километров.
В общем, это довольно обычные пелагические хищники, похожие на своих близких сородичей — марлинов (парусников) и копьерылов, таких же крупных (до 3–4 м длиной и весом до 6–7 центнеров) и скоростных рыб. Ученые их даже объединили в один отряд Istiophoriformes (мечерыловидные), который, по данным молекулярной палеонтологии, то ли в позднем миоцене (7 млн лет назад), то ли в раннем плиоцене (5 млн лет) разделился на две эволюционные линии: мечерылов (Xiphiidae) и копьерылов (Istiophoridae).
Из первых до наших дней дожил только один вид — меч-рыба (Xiphias gladius), из вторых — 12 видов марлинов и копьерылов, объединенных в пять родов. Внешне разница между ними хорошо заметна: у меч-рыбы вырост верхней челюсти (рострум) плоский и длинный, примерно треть от длины всего тела, у марлинов рострум овальный в сечении и заметно короче. Если присмотреться внимательнее, то у меч-рыбы нижняя челюсть короткая и у взрослых рыб беззубая, у марлинов она относительно длиннее и с зубами. Проще говоря, у меч-рыбы ее рострум и внешне, и функционально — типичное оружие нападения и обороны, хотя и марлины тоже виртуозно пользуются своим копьем (в их желудках обнаруживали рыб с колотыми ранами).
Самооборона и нападение
Имея такое оружие, как у меч-рыбы, грех им не пользоваться. Ллойд не зря был вынужден включить в перечень страховых случаев тараны судов меч-рыбой. В подавляющем большинстве страховых случаев попавшаяся на крючок ярусной снасти или запутавшаяся в сетях меч-рыба атаковала рыболовные суда. Такая реакция рыбы не вызывала удивления ни у ученых, ни у простого народа: было понятно, что у животного срабатывал инстинкт самосохранения. Так было и на Гавайских островах, где шесть лет назад был документально зафиксирован первый случай убийства меч-рыбой человека. Там профессиональный рыболов-спортсмен подстрелил меч-рыбу из подводного ружья и, вероятно, планировал максимально вытравить линь гарпуна, закрепить его на своем катере и преследовать на нем рыбу, пока она не обессилит. Но линь гарпуна запутался в якорной цепи его катера, она развернулась и проткнула ему мечом грудь, прежде чем он успел вылезти на палубу.
Но были случаи «немотивированного» нападения меч-рыбы на суда, если вообще можно говорить о мотивации у рыб. Наиболее известный из них — атака на американский подводный обитаемый аппарат Alvin в 1967 году. На глубине 600 м близ Багамских островов меч-рыба ударила мечом в левую скулу аппарата в 20 см от иллюминатора. Ее меч намертво застрял в обшивке внешнего корпуса аппарата, тот всплыл вместе с рыбой. Команда корабля-матки ПОА и акванавты съели ее на обед.
В теле крупных акул ученые неоднократно находили обломки рострума меч-рыбы, тут тоже была явная самооборона: на крупных акул меч-рыбы не охотятся, а акулам все равно, кого сожрать. Но подводный аппарат явно не покушался на меч-рыбу, наблюдатель на его борту до удара ее даже не видел. Правда, в том погружении Alvin что-то испытывал для военных по заказу ВМС США. Шла вьетнамская война, в США в разгаре были антимилитаристские настроения, а в мире — антиамериканские. Но атака меч-рыбы на Alvin под лозунгом «Янки, гоу хоум!» выглядит все-таки ненаучно.
Парадокс Грея
В отличие от марлинов, в желудках меч-рыб преобладают проколотые и порезанные кальмары и каракатицы, а не рыбы. Объяснение этому пока только гипотетическое. Проколов головоногого мечом, его студенистое тело легче стряхнуть и отправить в рот. А вот плотно нанизав на меч, как шашлык на шампур, тунца или крупную ставриду, стряхнуть их проблематично, лучше сразу порубить их на куски. И как раз тут возникает довольно интересная проблема.
Меч рыбы далеко не боевой меч из стали с заточенными краями, и рубит меч-рыба им не на колоде, как мясник на рынке, то есть без упора для добычи. Чтобы не просто контузить мускулистую и костлявую рыбину, а отрубить от нее кусок, нужен хороший замах костяного меча и высокая скорость в момент контакта его с жертвой. Размаха мечом в 180, а то и 270 градусов, как у средневекового палача, у меч-рыбы не получится. Остается только одно объяснение: очень высокая исходная скорость самой меч-рыбы и короткие, но с очень высоким ускорением маятниковые движения рострумом.
До недавнего времени меч-рыбы и марлины считались чемпионами по скорости плавания, которые развивают скорость до 100 км/ч и, по некоторым данным, даже до 130 км/ч. Но в начале нашего века одна за другой в научных журналах стали появляться публикации с разоблачением мифа (так прямо и писали — myth revisited) о сверхскоростях мечерылов и копьерылов. По расчетам ученых, обычная их скорость не превышает 8 км/ч, а скорость при охоте — 40 км/ч. Как выразился один из авторов этих ревизий в интервью BBC: «Это, конечно, печально, но откуда взялись цифры столь высоких скоростей? Из публикаций СМИ 1940-х и 1950-х годов, в том числе таких изданий, как Country Life».
Country Life («Сельская жизнь» по-нашему), конечно, далеко не научное издание. Но взялись эти цифры все же не из него, а из вполне серьезных научных изданий. Простой расчет силы удара меч-рыбы известной массы при известной глубине погружения ее рострума в деревянную обшивку судна показывал, что скорость рыбины в момент тарана превышала 100 км/ч. Кроме того, максимальные частоты сокращения туловищной мускулатуры меч-рыбы и марлинов достигают 30 Гц, из чего следует, что их скорость может достигать 21 длину тела в секунду, то есть для крупных экземпляров больше 100 км/ч. Но с другой стороны, такого быть не могло, потому что при подобных скоростях ламинарное обтекание тела рыбы водой должно переходить в турбулентное и тормозить рыбу.
Это явление получило название парадокса Грея по имени зоолога Джемса Грея из Кембриджа, который в 1936 году, изучая движение дельфинов, постулировал: либо требуемая для движения дельфина (как раз со скоростью около 40 км/ч) мощность мышц в восемь-десять раз превышает ту, которой он реально обладает, либо его тело имеет в восемь-десять раз меньшее сопротивление в воде, чем эквивалентная ему жесткая модель. Исследования по разгадке парадокса Грея составили целую эпоху в биогидродинамике.
Взрывное ускорение
Большинство работ в этой области было выполнено в Великобритании и США. В нашей стране исследования биогидродинамики рыб и дельфинов начались на десять лет позднее, когда в США в середине 1960-х годов работы по гидродинамике дельфинов практически полностью прекратились, так как выяснилось, что тело дельфина гасит сопротивление воды всего в два раза, а не в восемь-десять. У нас в стране ученые отказывались верить вроде бы очевидному и, как показало время, были правы.
В воде у животного нет возможности упереться и оттолкнуться от твердой поверхности, как на суше. Строение и физиологические возможности морских животных не позволяют им использовать и механизмы генерации аналога твердого упора, как это делают корабельные винты и авиационные пропеллеры. В процессе исследований парадокса Грея было выявлено три режима движения рыб и дельфинов, а именно круизного и форсажного движения и взрывного ускорения.
В режиме круизного движения полное сопротивление животных, а следовательно, и упор, как правило, не превосходят шести сотых от их массы. При этом животные способны без отдыха проходить громадные расстояния. В режиме форсажного движения полное сопротивление животных составляет от 0,6 до 1 собственного веса. В этом режиме дельфины и рыбы способны двигаться в течение нескольких минут. Взрывные ускорения рыбы способны развивать только в течение секунд. У меч-рыбы и марлинов ускорение в последнем случае достигает 130 м/с2, это больше 10g. Такие ускорения характерны при резких маневрах реактивного самолета.
Иными словами, разоблачения учеными фейка, якобы запущенного журналистами из британской «Сельской жизни», не получилось. Ученые просто еще раз рассчитали круизную и форсажную скорости мечерылов и марлинов, а про взрывные ускорения не то чтобы забыли, просто они их не считали. Что же касается интервью с камнем, брошенным в огород Country Life, то ученые тоже должны питаться. Питаются они, как известно, грантами, а гранты им дают в том числе за громкие публикации, «развеивающие мифы». Кто же их за это осудит?
В другой недавней публикации китайских физиков, не имевшей резонанса в СМИ, но опубликованной в далеко не ихтиологическом журнале Transactions of the Japan Society for Aeronautical and Space Sciences, представлены расчеты с использованием концепций «похищенных профилей» (kidnapped airfoils), «циркулирующих лошадиных сил» (circulating horsepower), с моделью корпуса и хвоста рыбы, работающих как два гибких деформируемых аэродинамических профиля для достижения наилучшего угла атаки для захвата силы подъема тела, а также прочих мало понятных простому человеку гидродинамических премудростей. По расчетам китайцев выходило, что в момент взрывного ускорения меч-рыбы мощность ее «мотора» возрастает более чем в пять раз и при таких условиях скорость в 130 км/ч для нее теоретически вполне достижима.
«Мотором» меч-рыбы в данном случае была ее мышечная масса, которая составляет до 67% массы ее тела, немногим меньше относительная масса мышц у копьерылов, тогда как у большинства рыб она колеблется в пределах 30–45%. Сильные мышцы у меч-рыбы есть даже между лучами хвостового плавника. Словом, это была словно специально созданная природой машина для взрывных ускорений. Понятно, что при таких скоростях зубы на челюстях марлина, торчащие чуть вбок наружу, как скальпель, режут добычу, а рострум меч-рыбы легким движением вбок разваливает жертв на куски.
Кстати, эти ускорения не такие уж маленькие даже у самых медлительных рыб. Например, потревоженный обычный бычок срывается с места с ускорением в 3g.
Повторение пройденного
Костные рыбы очень древние животные, они появились в девоне более 400 млн лет назад. Мечерылы и копьерылы, которым 5–7 млн лет от роду, эволюционно просто младенцы по отношению к подавляющему большинству современных костных рыб. С одной стороны, это вроде бы объяснимо: требовалось время, чтобы на основе рыбьего архетипа создать столь совершенную машину для убийства себе подобных. С другой, как часто это бывает, новое оказалось хорошо забытым старым.
Первыми копьерылами в древних океанах были не рыбы, а ихтиозавры. Почти все они, точнее, почти все ископаемые ихтиозавры внешне очень похожи на марлинов. Только они были не рыбами, а вторичноводными рептилиями, динозаврами, которые не ужились на суше и вернулись в море. Дышали они по-прежнему воздухом, для чего были вынуждены время от времени выныривать на поверхность. Но по форме тела они были копией марлинов — вероятно, такой архетип был оптимален для крупного морского хищника.
Долгое время палеоихтиологам казалось, что архетипа мечерылов среди ихтиозавров не было, но в 1984 году в английском графстве Сомерсет наконец был найден довольно хорошо сохранившийся скелет ихтиозавра из раннего юрского периода (190 млн лет назад) с типичным мечом в верхней челюсти. Его так и назвали — эскалибозавр. Эскалибур, если кто забыл,— меч легендарного короля Артура, попавший к Артуру благодаря чарам Мерлина. В 1996 году в тех же местах был найден второй скелет эскалибозавра.
Ихтиозавры вымерли примерно 90 млн лет назад, а спустя 30 млн лет история повторилась: тот же мечерылый архетип появился на этот раз у рыб. В 2002 году сотрудники Института проблем экологии и эволюции им. А. Н. Северцова РАН обнаружили в Туркмении останки вымершей морской рыбы из отряда Istiophoriformes. Назвали ее Hemingwaya sarissa. Сариса, как известно, длинное копье, которое использовалось в армии Александра Македонского, а родовое название рыбе дали в честь Эрнеста Хемингуэя, который в новелле «Старик и море» описал борьбу старого кубинского рыбака с гигантским голубым марлином. На сегодня это самый старый из известных предков марлинов и меч-рыбы. В дальнейшем, как уже сказано, их эволюционные дорожки разошлись, и мы теперь имеем копьерылых марлинов и меч-рыбу.
Марлины и меч-рыбы — самые привлекательные объекты морского спортивного рыболовства, но ловят их сейчас примерно по 110 тыс. тонн в год, разумеется, не состоятельные туристы на спиннинг, а промысловый флот. В розничной торговле меч-рыба обычно продается в виде стейков, в США — с предупреждением Food and Drug Administration о повышенном содержании метилртути в мясе рыбы. Ртути тут действительно много, как у любого морского хищника высшего порядка (ртуть накапливается по пищевой цепи), но заболеть болезнью Минаматы (хроническим отравлением ртутью) можно только в том случае, если есть эти стейки годами на завтрак, обед и ужин.
Наш промысловый флот меч-рыбу не ловит и никогда не ловил, разве что в качестве прилова.