С помощью новых меток исследователи могут отслеживать акул в глубинах Сумеречной зоны океана

Акулы подключились к секретной экосистеме в Сумеречной зоне океана, и исследователи пытаются поймать их на хвост.

Отредактировано 2023-25-06
китовая акула в темных водахЭти крупные, харизматичные существа до сих пор остаются загадкой.

Только слабые проблески солнечного света могут проникнуть в Сумеречную зону океана - туманное лиминальное пространство, через которое морские путешественники должны пройти, спустившись в полную темноту. Это идеальное место для акул. Но конкретные сведения о том, куда они уходят и что делают в тени этого похожего на лимб подземного мира, до сих пор остаются в значительной степени неизвестными для биологов.

Они знают, что на глубине Сумеречной зоны, которая составляет от 650 до 3300 футов (или от 200 до 1000 метров) под поверхностью, существуют тайные коридоры, по которым акулы незаметно перемещаются по океанам. Хотя стандартные спутниковые метки на акулах смогли осветить некоторые аспекты такого поведения, в данных все еще есть пробелы из-за ограничений в текущей технологии. Новая метка уже на подходе, и ученые надеются, что она сможет объединить лучшие черты существующих морских технологий и дать более четкое представление о том, как акулы перемещаются по Сумеречной зоне.

Саймон Торролд, старший научный сотрудник Океанографического института Вудс-Хоул, держит в руках сероватое луковицеобразное устройство, которое помещается на ладони. Это называется всплывающая спутниковая архивная передающая метка, объясняет он, и это одна из обычных меток, которые ученые используют для отслеживания передвижения океанических животных, таких как акулы и тунцы. Она крепится к мышечным тканям животного с помощью короткого троса и постоянно регистрирует температуру, глубину и уровень освещенности. Устройство определяет уровень освещенности, время восхода и захода солнца и продолжительность дня, чтобы определить приблизительное местоположение рыбы, например, находится ли она в Средиземном море или в Мексиканском заливе.

Через определенный период времени, возможно, через пару месяцев или около того, активируется сжигающий провод, который отсоединяет метку и позволяет ей всплыть на поверхность. В течение всего времени развертывания метка не связывается ни с какими спутниками. Когда она всплывает в конце, она передает сводку данных с метки на орбитальный спутник и обратно исследователям в их офис.

Животные фотоТорролд со всплывающей спутниковой меткой. Том Клейндинст/Океанографический институт Вудс-Хоул

Другая метка размером с ладонь, называемая SPOT, используется для более точного определения местоположения животных, но она может быть удалена на милю или около того.

Эти метки распространены и надежны, но у них есть свои недостатки. Для геопозиционирования всплывающих меток необходим свет. "Если у нас есть виды, которые проводят много времени в сумеречной зоне, где очень мало света, мы фактически теряем этих рыб или акул, когда они находятся на глубине. Это настоящая проблема, потому что многие крупные пелагические рыбы проводят значительное количество времени на глубине, где этот уровень освещенности даже не работает", - говорит Торрольд. Между тем, метки SPOT могут передавать данные только при удачном стечении обстоятельств - животное, носящее метку, должно подняться на поверхность, чтобы метка смогла связаться с орбитальным спутником и определить свое местоположение. И метки SPOT действительно подходят только для крупных индивидуальных морских существ с жесткими спинными плавниками. "Это своего рода дыра в нашей технологии меток", - отмечает он.

Животные фотоМетка SPOT на спинном плавнике акулы-порбеля. Крейг Лаплант/Океанографический институт Вудс Хоул

Это так глубоко

Самый первый набор данных, который команда Торролда получила с помощью всплывающей спутниковой метки примерно в 2011 году, был получен от его соавтора Грега Скомала, который установил метки на греющихся акул у берегов Кейп-Кода. Баскирующие акулы, вторые по величине живые рыбы после китовой акулы, тусуются там летом, но потом исчезают. "И всегда был вопрос, куда они деваются", - говорит Торрольд. "Люди думали, что они буквально опускаются на дно, ложатся спать, а весной снова всплывают".

Но метки, которые они прикрепили к акулам, всплыли через семь месяцев в Карибском бассейне. Сначала, когда там появилась одна метка, они подумали, что это случайность. Затем, примерно через неделю, в Карибском бассейне появилась вторая. "Интересно то, что о греющихся акулах никогда не сообщалось из Карибского бассейна, - говорит Торрольд.

Когда им вернули метки, они поняли, почему. "Они находятся на поверхности здесь, на Кейп-Коде, но когда они уходят на зиму, они ныряют и никогда не поднимаются на поверхность. Они находятся на глубине от 200 до 1 000 метров [Сумеречная зона] в течение нескольких месяцев подряд. И они находятся только на глубине Карибского моря", - говорит он. "Нет никакой возможности узнать, что они там были, но они там точно были".

Ранее одним из способов получения дополнительной информации было двойное мечение, т.е. нанесение на одно и то же животное как всплывающей метки, так и метки SPOT. Примерно в 2012 году Торрольд и его коллеги начали делать именно это: устанавливать оба типа меток на акул, больших скатов и китовых акул. "Мы очень быстро обнаружили одну особенность поведения: все, кого мы пометили, ушли глубже, чем мы думали", - говорит он. Это относится и к китовым акулам, которые скрывают свои ясли от посторонних глаз.

В течение следующих нескольких лет появились новые исследования, свидетельствующие о существовании богатой и относительно неизвестной экосистемы, наполненной крупными рыбами и другими организмами, обитающими в Сумеречной зоне. Предполагается, что эти животные играют роль в глобальных явлениях, включая регулирование климата и стабилизацию пищевых сетей океана.

"Интересно то, что данные наших меток показывают, что акулы знают, что они там есть, и скаты. Поэтому, когда они находятся в открытом океане, особенно в этих открытых океанических гирах, где на поверхности мало что происходит, все они ныряют на глубину", - говорит Торрольд. "Существует биологический вопрос о том, насколько эти хищники зависят от глубоководной биомассы - мы все еще интересуемся этим вопросом".

Они дважды пометили тропическую глубоководную акулу, голубую акулу, и смогли использовать расширенные данные, чтобы показать, как эти акулы используют океанскую погоду, в частности, теплые ядровые вихри - теплые спиралевидные массы воды, чтобы спуститься в глубокий океан (предположительно, чтобы питаться) так, как они не могли бы сделать, если бы вихрей там не было. "Это просто показало нам взаимодействие между океаническими течениями, особенно этими мелкомасштабными, маленькими штормами в океане, и экологией этих крупных хищников", - говорит Торрольд.

Новый тег

В настоящее время команда тестирует новый тип спутниковой метки под названием ROAM. Она значительно меньше, чем метки SPOT и всплывающие метки. Его сердцевина занимает всего несколько дюймов, и это может позволить исследователям более точно определять местонахождение животных при слабом освещении, даже если они не всплывают на поверхность. "Это метка с полной глубиной океана, которая позволяет [нам проводить] слежение на больших участках океана, но с достаточной точностью, чтобы мы могли проводить такие виды анализа, которые мы делаем, когда можем получить данные о местонахождении типа GPS из метки SPOT", - говорит Торрольд. По сути, это устройство берет данные, которые исследователи получают от меток SPOT и всплывающих меток, и объединяет их в одно устройство, которое меньше по размеру, поэтому его можно надевать на большее количество видов рыб, например, тунца или меч-рыбу.

"Это была наша научная мотивация для меток ROAM, идея о том, [используют ли] эти различные виды рыб те же особенности, что и акулы", - говорит Торролд.

Метка ROAM не является абсолютно новой технологией. Это миниатюрная версия поплавка RAFOS, стеклянного цилиндра длиной 6 футов, который может измерять температуру, соленость и давление. И метка, и поплавок также содержат гидрофон и часы.

Метки, как и поплавки, прослушивают звуки, издаваемые массивом стационарных маяков, которые исследователи установили в океане. Эти маяки, или источники звука, представляют собой большие трубы, прикрепленные к океанографическим причалам, которые производят развертку звуковых сигналов от 261 до 263 Герц на глубине около полумили, поскольку именно там находится глубокий звуковой канал в океане. "Это частота, которую, конечно, смогут услышать некоторые животные, но не настолько громкая, чтобы сформировать ударную волну", - объясняет Торрольд. В этом канале звук может распространяться на сотни миль. Поскольку он распространяется на большие расстояния, не требуется так много источников звука, чтобы охватить довольно большие участки океана". В основном он запрограммирован на излучение сигнала в течение примерно 35 секунд дважды в день.

Когда метка обнаруживает сигнал от источника звука, она записывает его и ставит временную метку. С помощью нескольких предположений о скорости звука в водной массе исследователи могут оценить расстояние между меткой и источником звука. Если метка улавливает сигналы от двух источников звука, это сужает круг мест, где она может находиться. Если же метка улавливает сигналы от трех источников звука, это позволяет триангулировать ее местоположение. Данные с меток ROAM передаются обратно через спутник, когда они всплывают в конце своего путешествия.

"Становится возможным подумать о размещении источников звука, а затем о размещении меток и отслеживании этих рыб в толще воды на больших участках океана с большой точностью", - говорит Торрольд. "Если сложить все это вместе, то получится довольно преобразующая технология для определения того, куда животные перемещаются в океане и какие типы особенностей они могут использовать для этого".

Полезность метки ROAM зависит от охвата источников звука на территории, с которой работают ученые. Это означает, что исследователи должны тщательно разрабатывать свои массивы. Этим летом Торролд и его команда будут изучать, на каком расстоянии друг от друга следует размещать эти маяки, чтобы получить максимальную отдачу от них. Они уже выпустили в океан два источника звука и планируют выпустить еще два. Это, по его оценкам, должно обеспечить "довольно хороший охват в районе, где течение Гольфстрим начинает свой путь в море и образует тонну вихрей".

Использование этих меток для получения информации о конкретном месте является важной частью проекта WHOI "Сумеречная зона океана". Они устанавливаются наряду с другими технологиями, такими как роботы и пробоотборники эДНК. Хотя команда начинает с пары источников звука в северо-западной части Атлантического океана, существует потенциал для расширения этого покрытия на части Гренландии, Великобритании и Европы.

Предоставив больше данных о том, как работает экология Сумеречной зоны и как эти крупные хищники используют ее, чтобы передвигаться по миру, Торролд надеется, что они смогут информировать будущие усилия по международной охране природы и динамичному управлению рыболовством - как для защиты исчезающих видов, таких как китовые акулы, от запутывания в снастях, так и для поддержания продовольственной безопасности.

"Есть новые подходы к управлению рыболовством, которые мы хотим продвигать, которые мы хотим помочь внедрить. И один из них называется динамическим управлением рыболовством, когда оно понимает, что рыба перемещается", - говорит Торрольд. "У нас есть все эти замечательные технологии, мы можем определить, где находится рыба, где находятся рыболовные суда, и мы можем гораздо умнее подходить к тому, как и где ведется лов".