Удивительная биология

Что мы знаем о дельфинах

На протяжении веков судьбы человека и дельфина переплелись каким-то таинственным, почти мистическим образом. Культ дельфина существовал еще в древнем мире. Его образ служил символом императорской и даже божественной власти, про это животное слагали легенды, его именем называли города. Самое древнее изображение дельфина встречается на античных монетах из города Тарента, отчеканенных в III в. до н. э.: на них Тарас – мифический основатель города, оседлав дельфина, мчится по волнам. Хотя, конечно же, это млекопитающее появилось в природной среде намного раньше. Трудно поверить, но когда-то предки современных морских млекопитающих были вполне земными, то есть жили, охотились и размножались на суше, а передвигались на четырех конечностях.

Около 70 млн лет назад прародители китообразных покинули сушу, оставив в наследство своим потомкам лишь многокамерный желудок и некоторые черты, типичные для наземных позвоночных. Остатки самых древних китообразных, найденные в слоях морских отложений, свидетельствуют о том, что приблизительно 35 млн лет назад, в период эоцена, это были уже вполне сформировавшиеся морские млекопитающие с типично китовой формой черепа, скелета и всего тела, а также развитыми передними конечностями, задние же исчезли вообще. Главным органом их передвижения стал мощный хвостовой плавник. Они научились погружаться на 300—500 м и задерживать дыхание на 20 мин. По данным палеонтологии все основные виды китов и дельфинов сформировались приблизительно 20 млн лет назад.

Дельфины по своей сообразительности, вероятно, занимают место где-то между собакой и обезьяной, притом ближе к последней. Относятся эти китообразные к большой семье (точнее – подотряду) зубатых китов и живут в просторах всего Мирового океана, включая даже озера и реки Южной Америки и Азии. Существует до полусотни видов дельфинов, из них в морях России водится 15 видов, у нас промысел дельфинов запрещен, 5 видов внесены в Красную книгу России. Самый крупный из всех дельфинов – касатка, а наиболее известный – афалина: это тот самый дельфин, который радует нас в аквапарках и дельфинариях своими головокружительными трюками. Помимо того, что афалина встречается практически во всех океанах и морях, за исключением холодных, она еще и самая неприхотливая из дельфиновых: легко приживается в неволе и легко меняет среду обитания.

В своей среде дельфиновые – существа иерархические. Живут они большими семьями, точнее – семействами, в которые входят представители нескольких поколений. Обычно во главе семьи стоит старший самец, которого сопровождают две самки или более, затем следуют взрослые детеныши, а замыкает семейство молодняк текущего сезона. Однако, к примеру, у арктических белух «институт брака» поддерживается в ином порядке: взрослые самцы приходят только на период размножения, в остальное же время во главе стада стоит старая самка, и с ней остаются дочери, внучки, правнучки – и так с десяток поколений, а также молодые самцы – до момента достижения половой зрелости. Парадокс белух заключается и в том, что родятся они темными и лишь с возрастом меняют окраску: из абсолютно темных становятся серыми, затем голубыми и, наконец, белыми.

Размножаются дельфины ежегодно. Беременность у различных видов протекает от десяти до шестнадцати месяцев. Роды происходят под водой, а первый свой дыхательный акт новорожденный совершает в момент выныривания на поверхность. В семье отношение к родившей мамаше довольно трепетное. Самки окружают ее с боков, иногда и снизу, чтобы оказать малышу помощь, если он будет не в состоянии двигаться сам, или чтобы защитить его от нападения хищников. Ведь на некотором расстоянии за стаей дельфинов обычно следуют их вечные спутники, хладнокровные убийцы – акулы, в расчете на отставших больных или раненых животных.

Акулы, пожалуй, имеют перед дельфинами единственное преимущество: огромную пасть и острые зубы, способные не только разрывать тела жертв, но и рассекать кости. У дельфинов есть свои сильные стороны. Помимо развитого мозга и умения действовать коллективно эти животные обладают исключительной способностью – резко вертикально подниматься в толще воды, что дает им шанс для маневра и внезапной атаки. Впрочем, представление о смертельной вражде этих представителей морской фауны, возможно, сильно преувеличено. В океанариумах наблюдались случаи вполне мирного сосуществования дельфинов и акул. Да и среди миролюбивых дельфинов есть свой агрессор – касатка, с достаточно красноречивым прозвищем «кит-убийца».

Касатка – самая крупная из дельфиновых. Особи достигают от 7 до 10 м, а их спинной плавник может превосходить рост человека. Встреча со стремительно движущейся стаей касаток, ритмично разрезающих водное пространство своими гибкими, сильными телами в черно-белом камуфляже, не сулит ничего хорошего морским обитателям, будь то акула, кальмар, морской слон или даже превосходящий их по размеру кит. Причем кит умирает мучительнее других, не в силах противостоять касаткам в одиночку. А они нападают сообща, и челюсти их по-страшнее акульих, атака же беспощадна и молниеносна. Однако свирепый норов касаток не распространяется на человека, с которым они достаточно легко идут на контакт.

Филипп Кусто рассказывал о касатке, содержавшейся в марина-риуме Ванкувера (Канада) в конце 1960-х гг. Необычна история ее появления там. Одному канадскому скульптору поступил заказ на изготовление статуи касатки. Ему понадобилась модель, и он решил убить подходящее для этого животное. После нескольких месяцев охоты ему удалось загарпунить касатку, но когда наступил момент нанести последний удар, рука его дрогнула. Доставив жертву в мари-нариум, скульптор вылечил ее пенициллином, дал имя Моби Долл, но что самое удивительное – завоевал ее привязанность. Моби Долл стала знаменитостью.

Касатки превосходят своих сородичей не только размерами и силой, но и умом. Они хорошо уживаются в неволе и легко обучаются. Теперь в различных маринариумах касатки выступают перед публикой: выпрыгивают из воды во весь рост, подают голос, берут рыбу изо рта дрессировщика. Директор акванариума Сиэтла (США) был первым, кто имел возможность убедиться в безопасности касатки для человека: однажды во время кормежки животное вместе с рыбой втянуло в свою пасть ногу тренера, но тут же вытолкнуло ее обратно.

Одна из наиболее интересных особенностей дельфинов – их способ общения. Между собой эти млекопитающие «переговариваются» с помощью сигналов высокой частоты, производя множество различных звуков, похожих на свист, лай, мяуканье, вой, щебет птиц, взрыв, и других, соответствующих сигналам страха, беспокойства или бедствия. Помимо своего прямого назначения, звуковые сигналы используются дельфинами еще и для ориентирования в окружающей среде, то есть в некотором смысле служат «акустическими глазами».

Известно, что некоторые виды китообразных видят одинаково хорошо и под водой, и на поверхности. Однако долгое время оставался нерешенным вопрос, как эти животные ориентируются в условиях плохой видимости, к примеру, в мутной воде тропических рек или ночью. Тем более что речные дельфины Южной Америки вообще практически слепы.

В ходе экспериментов ученые пришли к поразительному выводу: у китообразных имеется своеобразный природный гидролокатор, в котором тесно связаны передающий и приемный механизмы. На практике это выглядит так: ультразвук, отраженный от вогнутой поверхности черепа, попадает на расположенную впереди жировую подушку. Там сигналы фокусируются в виде звукового пучка, который проецируется на объект. Генерируемые в голове дельфинов ультразвуки хорошо отражаются от любых предметов. Воспринимается же отраженный звук с высокой точностью в виде эха органами слуха, сообщая, где друг, где опасность или пища. К примеру, в проделанных исследователями опытах дельфины отличали разные виды рыб, шары различного диаметра и фактуры, а также другие предметы. Причем здесь ученых ожидал новый сюрприз. Выяснилось, что поскольку у китообразных наружное ухо отсутствует, акустический сигнал воспринимается ими через нижнюю челюсть, которая вплотную подходит к ушной области и в задней части имеет очень тонкие наружные стенки. Этот участок назвали «акустическим окном» для прохождения звука.

Существует мнение, что благодаря эхолокатору дельфины могут даже как бы смотреть друг в друга и определять взаимное эмоциональное состояние. Природный же феномен заключается в том, что эти морские животные видят ушами, слышат челюстями, а разговаривают ноздрей и макушкой.

По всей видимости, именно эхолокация, будучи главным способом ориентации и получения информации об окружающем в океане, сыграла огромную роль в развитии мозга дельфиновых: для переработки поступающих сигналов им понадобился высокоразвитый мозг. По форме, размеру и количеству извилин мозг дельфинов напоминает человеческий, а вес и число клеток в коре больших полушарий, к примеру, у афалины, даже больше, чем у людей.

Именно эта особенность мозга породила огромное количество гипотез о почти человеческом разуме дельфина. Некоторые физиологи после ряда опытов выдвинули предположение, что именно дельфин будет первым живым существом на планете, которое вступит с человеком в разумный контакт. Идея прозвучала фантастично, но тем не менее она не выглядела безосновательной. Ведь дельфины всегда проявляли к человеку особый интерес.

Существует масса примеров, когда дельфины помогали пловцам в чрезвычайных ситуациях добраться до берега или защищали их от акул. С давних пор они снискали любовь человека, помогая ему при рыбной ловле. Еще во II в. римский писатель Элиан Клавдий поведал об этом миру в своем произведении «О природе животных». А выглядело это примерно так: в темноте рыбаки зажигали огни, на которые шла рыба, а за рыбой плыли дельфины. Заблокированная таким образом между лодками и дельфинами рыба становилась легкой добычей. Ее поражали острогой, и по закону охоты часть улова отдавали помощникам – дельфинам.

Если история с ловлей рыбы понятна – животное инстинктивно преследует добычу, идущую на свет, то как все-таки объяснить помощь людям в экстремальной ситуации? Эксперты склонны рассматривать такие «поступки» как обычный безусловный рефлекс. Так дельфины действуют с новорожденными или когда помогают ослабевшему сородичу, оказавшемуся в бедственном положении. Причем в неволе наблюдались случаи, когда дельфины «спасали» уже мертвого соплеменника в течение нескольких дней.

Остается неясным, почему дельфины, спасая человека, выталкивают его именно к берегу. Обычно говорят так: «Пока никто и никогда не видел и даже не слышал, чтобы дельфин толкал кого-то обратно в океан». Широко известен один факт: во время Второй мировой войны сбитым американским летчикам буквально пришлось удирать от дельфина, который проявлял невиданный энтузиазм, толкая их плот в сторону берега, оккупированного японскими войсками.

Пределы умственных возможностей китообразных для нас до сих пор загадка. Американские биологи Д. Браун и К. Норрис, наблюдая за поведением дельфинов в калифорнийском океанариуме, были свидетелями следующей сцены. Две афалины тщетно пытались вытащить мурену, спрятавшуюся в расщелине каменистого дна резервуара. Вскоре один из дельфинов, отплыв в сторону, убил скорпену, обладающую ядовитыми колючками, вернулся с этой рыбой и сунул ее в убежище. Уколотая мурена покинула убежище и была поймана афалиной. Если расценивать эту удивительную изобретательность дельфинов как осмысленное действие, становится непонятным, почему они не проявляют элементарной сообразительности, когда их ловят. К примеру, попав в кошельковый невод, дельфины мечутся в нем в поисках выхода и не догадываются перепрыгнуть через край сетки, чтобы оказаться на воле. На Черном море в вольерах из капроновой сети дельфины живут месяцами, и не было случая, чтобы они уходили с помощью прыжка – разумеется, если не были обучены этому специально.

Доктор Луис Герман, профессор Гавайского университета, работая с двумя подопечными (занятия в основном были связаны со слухом, зрением, обонянием и интеллектом), добился немалых успехов. Наиболее волнующим было сравнительно быстрое усваивание этими морскими обитателями двенадцатисловного звукового языка. Дельфины явно понимали простые предложения: «Принеси мяч» – или, к примеру: «Потрогай кольцо». Подобные опыты проводились и в других местах. Результаты позволили сделать вывод, что чередующиеся сигналы китообразных напоминают обмен информацией с помощью речи. В условиях эксперимента дельфины обменивались звуками поочередно: когда один свистел или крякал, другой слушал, и наоборот. Более того, оказалось, что дельфины одного и того же вида, живущие в разных частях Мирового океана, могут понимать друг друга. И еще – дельфинам с легкостью удавалось запоминать слова человека и подражать им.

Все это и натолкнуло ученых на мысль о существовании у дельфинов настоящего языка как системы обмена абстрактной информацией. Однако язык заключает в себе возможность выражать мысли, используя символы-слова в надлежащем синтаксисе, – барьер, который дельфинам так и не удалось преодолеть. Правда, было высказано предположение, что основная трудность на пути межвидового общения человека и дельфина – психологический барьер, а не сложность расшифровки языка, но эту «дверь» в лабиринте мироздания человеку еще предстоит найти.

Вздымая фонтаны

Прошлое кита чрезвычайно темное. Известно лишь, что несколько ранее 100 млн лет назад некие небольшие четвероногие сухопутные животные претерпели ряд быстрых эволюционных изменений. За 50 млн лет – с геологической точки зрения срок незначительный – они научились плавать и производить на свет детенышей, начинавших плавать, едва они оставляли материнское чрево. 20 млн лет назад эти животные утратили уши и задние ноги; тело их приобрело торпедообразную форму, у них появился хвост, похожий на рыбий, они лишились волосяного покрова, а ноздри сместились к верхней части головы. Тот факт, что киты приобрели рыбообразную форму, свидетельствует о конвергентности эволюции – процессе, когда две группы разных, не связанных родством животных в ходе приспособления к одинаковым условиям приобретают одинаковые внешние формы.

Эмбрион кита в материнской утробе повторяет этот процесс. К тому времени, когда эмбрион достигает величины около 4 см, у него исчезают все внешние следы задних ног. Передние его ноги вначале напоминают руки человеческого зародыша. Затем кости плеча и предплечья в значительной степени укорачиваются и расплющиваются, но конечные суставы, или «пальцы», сохраняются. У одних видов китов, например у кашалотов, имеются все пять пальцев, у других – у синего кита и у горбача – недостает большого пальца. Все пальцы огромной китовой «кисти» заключены в мускулистую оболочку, образующую короткий плоский плавник обтекаемой формы. Эти плавники служат китам, как грудные плавники рыбам, в качестве стабилизатора и руля.

Двигателем является мощный хвост, в котором, как писал американский писатель Герман Мелвилл в своем романе «Моби Дик», «словно бы сосредоточена вся безмерная сила кита». В нем же заключено наибольшее внешнее различие между рыбой и китом. Хвост у рыбы расположен вертикально, а у кита горизонтально. Рыба движется с помощью волнообразных колебаний всего тела, ударяя хвостом из стороны в сторону, а кит – благодаря движениям хвоста вверх и вниз. Во время вертикального перемещения хвоста его широкие плоские лопасти изменяют степень наклона, или угол атаки, отталкиваясь от воды, и тем самым двигают животное вперед. «Изгибы этого хвоста, – писал Мелвилл, – неизменно исполнены необыкновенного изящества».

Огромный, длиной свыше 20 м, полосатик ударяет своими «хвостовыми крыльями» 1-2 раза в секунду, развивая крейсерскую скорость около 12 узлов. Дельфинам достаточно сделать всего 3-4 удара в секунду, чтобы не отстать от судна, делающего 16 узлов. По-видимому, такая скорость близка к наивысшей для дельфинов и морских свиней, хотя на первый взгляд кажется, что эти мелкие зубатые киты развивают бо2ль-шую скорость, когда, резвясь, плывут рядом с кораблем и перепрыгивают через волны, образуемые его форштевнем.

Руководствуясь такими наблюдениями, ученые и моряки долгое время и впрямь считали, что дельфины плавают быстрее, чем теоретически позволяет их мускульная сила. Количество работы, производимое одним мышечным волокном, приблизительно одинаково у всех здоровых существ, будь то человек, тигр или кит. Поэтому можно вычислить мощность, развиваемую животным, измерив совокупность его мускулатуры. Когда ученые внесли эту цифру наряду с другими данными в свои формулы, они установили, что дельфин не может двигаться со скоростью больше 12—16 узлов. Четыре вида испытаний по определению скорости этих животных, проведенных учеными Калифорнийского университета, подтвердили, что это их наибольшая скорость. Кроме того, испытания эти убедительно доказали, что у дельфинов такая же мощность на единицу веса их тела, как и у атлетов, и что при передвижении эта мощность используется на 85 %.

Гладкая поверхность тела кита и идеально обтекаемые его обводы отчасти объясняются наличием толстой подкожной жировой прослойки, которая служит как бы внешней оболочкой животного. Наружная часть кожного покрова содержит губчатый слой, придающий эластичность поверхности всего тела. Пытаясь объяснить кажущиеся сверхскорости дельфинов, ученые выдвинули гипотезу, что поверхность их тела совершает волнообразные изгибы, соответствующие волнам в воде, обтекающей тело. Они полагают, что поверхность тела животного изменяет свою форму одновременно с изменениями давления окружающей его воды.

Люди надеются, что им удастся использовать секрет дельфинов при постройке судов, торпед и подводных лодок. Доктор Макс Крамер, немец по происхождению, один из основоположников гидродинамики китов, предложил покрывать подводные лодки эластичной резиново-пластиковой оболочкой для увеличения их скорости. Американская резиновая компания («Раббер компани») проводила опыты с резиновым покрытием под названием «ламинфло» для корпусов скоростных моторных лодок.

Военно-морские министерства и другие военные и гражданские ведомства разных стран не жалеют денег на изучение китов, потому что в течение своего эволюционного развития, продолжавшегося 100 млн лет, эти животные разрешили для себя ряд проблем, остающихся для человечества загадкой. Например, каким образом китам удается задерживать дыхание на такой длительный срок, нырять так глубоко и всплывать с такой быстротой? Дельфины обычно остаются под водой от 1,5 до 7 мин, а по крайней мере один из видов этих животных достигает глубины свыше 120 м. Тюлени Уэдделла погружаются в студеные воды Антарктики на глубину до 450 м и в течение 28 мин ловят себе на обед рыбу. Кашалоты (Моби Дик тоже был кашалотом) опускаются на глубину 1000 м, где иногда остаются, охотясь за кальмарами, до полутора часов. Киты-бутылконосы, достигающие в длину 10 м, могут находиться под водой два часа.

По словам доктора Пера Шоландера, киты могут позволить себе это благодаря своеобразному регулятору жизненных процессов. Поток крови, содержащей жизненно важный кислород, не подается в органы, которые какое-то время могут обойтись без него, а поступает в те органы, которым он наиболее необходим. Как только кит или тюлень начинает погружаться, биение сердца у него ощутимо замедляется. Кровеносные сосуды, идущие к ластам, хвостовым мышцам и иным тканям, сжимаются до минимума и практически прекращают подачу крови. Сэкономленный драгоценный кислород подается в мозг и сердце – органы, которым труднее всего без него обходиться.

Все это позволяет китам быстро погружаться на значительные глубины. А как происходит всплытие? Если водолаз или кессонный рабочий станет подниматься с такой же скоростью, что и кит, его тело сведет судорога, и он может погибнуть. Азот и другие газы, растворившиеся у него в крови под высоким давлением, начнут выделяться в виде пузырьков, как только давление станет быстро уменьшаться. Происходит то же самое, что и при откупоривании бутылки содовой. Пузырьки эти образуются в крови, сердце, тканях ныряльщика, вызывая мучительные судороги, а иногда и смерть.

У китов при быстром всплытии подобной проблемы не возникает, потому что они в отличие от водолазов и кессонных рабочих не дышат сжатым воздухом. При использовании такого воздуха постоянно подаются новые порции азота, а под высоким давлением азот сильнее поглощается кровью. Киты же вдыхают лишь ограниченное количество воздуха, находящегося под обычным давлением, поэтому азота они поглощают немного.

Кроме того, как полагают некоторые зоологи, пенообразное, жирное вещество в дыхательном горле кита впитывает азот, препятствуя его проникновению в кровь; но это еще окончательно не доказано.

Лишенный притока свежего воздуха, ныряющий кит получает энергию для приведения своих мышц в движение за счет метаболического процесса, при котором не потребляется кислород. В ходе такого процесса организм испытывает кислородное голодание, которое должно быть ликвидировано при всплытии. Всплывая после длительного пребывания под водой, кит дышит, словно бегун, закончивший дистанцию. Такое учащенное дыхание китобои называют «продувкой».

При «продувке» из дыхала, находящегося на верхней части головы кита, вырывается фонтан мельчайших брызг. Но это не морская вода, как считают некоторые, а струя конденсированного пара, выдыхаемого китом. Она сильно отдает запахом рыбы и содержит небольшое количество воды, попадающей в верхнюю часть дыхала. Водяные пары теплого выдыхаемого воздуха конденсируются при столкновении с более холодным наружным воздухом. Подобно тому как в холодную погоду человек видит свое дыхание в виде пара, так и струя, бьющая из дыхала кита, в полярных районах становится более заметной. Однако она заметна и в тропиках – очевидно, потому что вырывается под давлением и расширяется очень быстро, а такого рода расширение сопровождается охлаждением.

Зачастую стадо китов всплывает и начинает дружно, как один, отдуваться. Если ветер не слишком силен, то можно определить вид кита по фонтану. У японских китов он двойной, V-образный. У синих китов и полосатиков одна высокая вертикальная струя, у кашалотов она несколько наклонена вперед. Кашалоты и японские киты, так же как серые киты и горбачи, имеют обыкновение, перед тем как нырнуть, подбрасывать хвост в воздух. Гренландские киты, прежде чем уйти в глубь, с минуту помахивают хвостом как бы в виде приветствия. Возможно, это происходит из-за того, что толстый слой легкого жира в какой-то степени затрудняет им погружение. Мелвилл писал: «Это покачивание хвостом – пожалуй, самый значительный жест во всей живой природе. Этот гигантский хвост из бездонной пучины словно бы пытается ухватиться за столь же бездонные небеса».

Почему киты выбрасываются на берег?

Средства массовой информации не раз сообщали о гибели китов, выбросившихся на песчаные отмели. Вряд ли можно серьезно предположить, что животные в порыве отчаяния решили свести счеты с жизнью, хотя такие утверждения появлялись в печати. Вероятнее другая версия: киты случайно выбрасываются на берег, спасаясь от преследования врагов. Недавно была выдвинута еще одна гипотеза, вполне заслуживающая внимания: животные гибнут, теряя способность ориентироваться в пространстве с помощью своего эхолокационного аппарата.

Известно, что китообразные издают сигналы и воспринимают отраженное эхо, пользуясь этим как для связи друг с другом, так и для ориентации. С помощью эхолокации китообразные находят пищу, обследуют препятствие, определяют расстояние до дна, близость берега.

Легко предположить, что произойдет, если эхолокационная система кита выйдет из строя. Вот поэтому такой интерес вызвало сообщение английских исследователей, обнаруживших в воздушных мешках черепов выбросившихся на пляж дельфинов нематод (это было в мае 1973 г.). Нематоды – паразиты, которые, поселившись в другом организме и живя за его счет, могут вызвать более или менее тяжелые функциональные расстройства этого организма.

В ноябре 1973 г. аналогичное сообщение поступило от американских исследователей. Воздушные мешки и внутренние уши всех выбросившихся на берег зубатых китов, за исключением двух малышей, были буквально забиты нематодами. Желудки же погибших китов оказались пустыми. По-видимому, поражение системы эхолокации этих животных было настолько велико, что они уже не могли ни добывать себе корм, ни двигаться в правильном направлении. То, что киты оставались в группе, позволяет предположить, что они не потеряли слух полностью и могли общаться между собой. Конечно, эти факты еще не доказательство. Гипотеза нуждается в проверке, и лишь после подтверждения ее лабораторными экспериментами можно будет сказать, что в «самоубийстве» китов нет ничего таинственного: это результат выведения из строя их великолепного эхолокационного аппарата.