По всему мировому океану животные собираются на определенных глубинах, образуя слои толщиной в сотни метров и простирающиеся по горизонтали на десятки и даже сотни километров. Поскольку эти плотные слои животных отражают звуковые волны, их иногда называют «звукорассеивающими слоями» или «глубоко рассеивающими слоями» (хотя они могут встречаться вблизи поверхности моря). Новая статья в Limnology and Oceanography показывает, что эти слои состоят не из случайной смеси животных, а содержат дискретные группы или «косяки» кальмаров, рыб и ракообразных.
Глубоко рассеивающие слои были впервые обнаружены во время Второй мировой войны, когда техники-гидролокаторы наблюдали их звуковые импульсы, отражающиеся от «фальшивого морского дна», которое на самом деле состояло из миллионов мелких рыб или других животных. В последующие десятилетия морские биологи буксировали сети через слои, отражали от них звук с помощью бортовых гидролокаторов и даже наблюдали за ними с помощью небольших подводных лодок. Это исследование показало, что слои иногда состоят из одного доминирующего типа животных, но чаще представляют собой смесь разных животных.
Морской акустик Келли Бенуа-Берд, ведущий автор недавней статьи, перенесла это исследование в 21 век, используя глубоководных роботов, чтобы внимательно изучить животных в звукорассеивающих слоях. Осенью 2013 года ее исследовательская группа оснастила автономный подводный аппарат (AUV) усовершенствованной гидроакустической системой, которая действовала как очень модный эхолот. Запрограммировав AUV так, чтобы он плавал над несколькими звукорассеивающими слоями и сквозь них, команда собрала гидролокационные данные, которые позволили Бенуа-Бёрду идентифицировать отдельных животных в этих слоях и отслеживать хищников, которые ныряли в слои для охоты.
В то время как AUV проводил гидроакустические исследования в звукорассеивающих слоях, Бенуа-Берд и ее сотрудники буксировали сеть через эти же слои. Вернув сеть на палубу, они подсчитали и идентифицировали каждое животное в сети длиной от 1 до 35 сантиметров (от 0,4 до 14 дюймов).
Команда также классифицировала животных в слоях, сравнив данные двух разных частот гидролокатора на AUV. Например, кальмары отражают звуки (сигналы сонара) с частотой 38 000 циклов в секунду (38 килогерц) сильнее, чем звуки с частотой 120 килогерц, а рыбы одинаково хорошо отражают звук на обеих частотах.
Проанализировав силу и синхронизацию импульсов сонара, отраженных обратно в AUV, Бенуа-Берд смог оценить размеры отдельных животных в каждом слое и то, насколько далеко они находились друг от друга. Собрав все эти данные вместе, исследователи создали индекс, показывающий, насколько каждое животное похоже или отличается от своих соседей.
Результаты этого анализа оказались неожиданными. Выяснилось, что разные виды животных не располагались в пределах каждого слоя хаотично, а образовывали группы с четкими границами. Эти группы состояли из животных одного вида и одинакового размера. Например, мелкий криль собрался вместе в группу, которая может достигать восьми метров в поперечнике. В том же глубоком рассеивающем слое, прямо рядом с роем криля, может быть косяк фонарей диаметром 15 метров, причем между двумя группами практически нет перемешивания.
Исследователи также обнаружили, что физические размеры этих групп варьируются в зависимости от размера организмов. Более мелкие животные обычно держались ближе к своим соседям, образуя более мелкие группы. Большинство групп состояло примерно из 100 животных шириной в горизонтальном измерении, независимо от того, состояли ли они из рыбы, кальмара или креветки. Расстояние между животными в каждой группе также было очень постоянным, каждое животное находилось на расстоянии не менее одной длины тела от своих ближайших соседей.
Исследователи предполагают, что эти группы, состоящие из множества одинаковых животных, расположенных на равном расстоянии друг от друга, могут сбивать с толку визуальных хищников, таких как дельфины, которые нацеливаются на одно животное за раз. Этот эффект ранее наблюдался для косяков рыб, окруженных открытой водой у поверхности моря, но никогда раньше не наблюдался у животных в глубоких рассеивающих слоях, где косяки окружены другими косяками, а солнечного света мало или совсем нет. Как заметил Бенуа-Берд, «ранее считалось, что стайка происходит в основном в поверхностных водах, но это было только потому, что мы были ограничены в нашей перспективе, глядя вниз с поверхности».
Во время нескольких своих исследований исследователи наблюдали за дельфинами Риссо, плавающими рядом с их исследовательским судном. Используя данные сонара с исследовательского корабля и AUV, команда смогла отследить этих дельфинов, когда они проплыли через слои, рассеивающие звук, в поисках добычи (в основном кальмаров). Когда дельфин приближался к группе кальмаров, сонар показывал, что отдельные кальмары сближаются друг с другом до тех пор, пока они не удаляются друг от друга вдвое меньше, чем в ненарушенных группах. Кальмары также располагались более точно, так что каждое животное находилось на одинаковом расстоянии от всех своих соседей.
Поскольку кальмары плавали ближе друг к другу, когда рядом были дельфины, их группы становились меньше. В то же время группы животных по обе стороны от кальмара расширялись, предотвращая образование промежутков между соседними группами в одном слое. Такое сотрудничество между животными в пределах одного яруса предполагает, что поддержание непрерывного горизонтального яруса, а также поддержание отдельных групп внутри яруса должны иметь значительные преимущества для выживания.
Предыдущие исследователи предположили, что животные могли просто собираться в глубокие разбросанные слои, потому что они искали похожую пищу или другие ресурсы. Но, как указал Бенуа-Берд, «это исследование показывает, что звукорассеивающие слои - это не просто случайные скопления, они являются результатом преднамеренных усилий как отдельных животных, так и групп животных."
«Хотя до сих пор мы изучали характеристики звукорассеивающих слоев только в Южной Калифорнии, мы знаем, что они встречаются по всему миру», - сказала она. «И по мере того, как мы узнаем, сколько биомассы содержится в этих слоях, мы также узнаем, как на животных в слоях охотятся хищники, такие как дельфины и тунцы. Понимание того, как эти слои формируются и как они сохраняются перед лицом хищничество поможет нам понять существенные связи между поверхностными и глубоководными пищевыми сетями».