Глава VI. В зону вечного мрака

Рассмотрим, как природа решила для китообразных проблему глубинного погружения и длительной задержки дыхания, необходимые для лова добычи и нормального питания.

Большинство представителей отряда обычно погружается на глубину в пределах наиболее продуктивного слоя фотосинтеза. Однако наилучшие ныряльщики - кашалоты - погружаются до одного, а может быть, даже до 2,5 км и задерживают дыхание до полутора часов. Даже дельфины (афалина) в условиях опыта погружались до 300 м. Судя же по находке неповрежденной глубоководной рыбы в пищеводе афалины, загарпуненной у Иворийского побережья над глубиной 500-800 м, она может нырять до полукилометровой глубины. Но в неволе потенциальные способности афалин к нырянию сильно ослабляются, если не поддерживаются специальной тренировкой.

Какие существуют приспособления у китообразных для погружения на столь большие глубины? Что им позволяет надолго выключать внешнее дыхание и выдерживать колоссальное давление (у кашалота до 1 ц на каждый квадратный сантиметр)?

Первостепенное значение в этом имеют следующие физиологические адаптации:

1. Китообразные перед погружением запасаются большими резервами кислорода. Главную роль в этом играют дыхательные пигменты - гемоглобин в крови и миоглобин в мышцах. Особенно примечательно весьма высокое содержание миоглобина, которого, например, в мышцах дельфина-белобочки, в 4,5 раза больше, чем в мышцах человека. При дыхании кита на поверхности кислородом насыщается как миоглобин, так и гемоглобин, и зверь ныряет с увеличенным (до 40%) запасом кислорода, который отдается тканям во время дыхательной паузы. Миоглобин обеспечивает кислородом главным образом работающие мышцы.

Японские ученые подсчитали, что в грамме мышц кашалота миоглобина содержится в 8-9 раз больше, чем в грамме мышц быка. Высокая концентрация миоглобина в мышцах дельфинов позволяет им совершать длительную мышечную работу за счет аэробных источников энергии.

2. Во время ныряния у китообразных вдвое* замедляется пульс, что особенно заметно во второй половине дыхательной паузы. Таким образом, работа сердца становится более экономной, вместе с тем уменьшается пропускная способность сосудов мышц и перераспределяется ток крови, чему способствует система многочисленных сфинктеров в венах. Кровь двигается медленнее, и ткани получают кислород в уменьшенном количестве; это усугубляется действием сфинктеров, задерживающих кровь в большой полой вене. Благодаря такому перераспределению кровь при нырянии снабжает кислородом в первую очередь головной и спинной мозг и сердечную мышцу. Кольцевидные мускулы-сфинктеры перекрывают часть вен, несущих кровь из разных участков тела, и тогда многие органы и мышцы ныряющего кита довольствуются лишь тем кислородом, который своевременно запасен миоглобином. Вероятно, поэтому мышечная ткань китообразных имеет высокую степень капилляризации.

* (Чем мельче китообразные, тем чаще их пульс. Кардиограммы показали частоту сердцебиения на поверхности воды и на глубине: у афалины 110 и 50 ударов, у белухи - 30 и 16, а у раненого кита-полосатика - 30 и 15 уд/мин. В механизме развития урежения пульса (брадикардия) имеет значение повышение гидростатического давления среды. Путем имитации погружения и повышением наружного давления до 1,2-2 атм А. З. Колчинской с соавторами удалось сокращать пульс у афалин в 2,5-4 раза. Тренировкой можно увеличить степень брадикардии. Американский физиолог Роберт Эльснер с сотрудниками в 1966 г. у обученных нырять по команде афалин снижал пульс с 90 до 12 ударов при дыхательной паузе 4 мин 42 с, однако через 2 мин пульс увеличивался до 20 ударов. Советские ученые С. П. Колчин и В. М. Белькович выяснили в 1970 г., что приспособительные реакции сердца дельфинов к погружению-всплытию связаны с изменением чувствительности сердечно-сосудистой системы к медиаторам (посредникам нервного возбуждения) - ацетилхолину и норадреналину. Урежение пульса при нырянии определяется холинорецепторной регуляцией сердца.)

В процессе ныряния кислородная задолженность в мышцах возрастает. В них происходит бескислородный гликолиз и накапливается конечный продукт расщепления углеводов - молочная кислота. Однако она появляется в крови тогда, когда животное уже будет на поверхности. Выключение из системы кровообращения мускулатуры приводит к тому, что молочная кислота, накопившаяся при мускульной работе, не разносится по телу, а остается в мышцах. Но как только кит вынырнет и в мышцах восстановится нормальное кровообращение, молочная кислота сразу появляется в крови.

3. У китообразных понижена чувствительность дыхательного центра к накоплению углекислоты в крови, и дыхательный акт их возбуждается наступающим недостатком кислорода. У наземных же млекопитающих акт дыхания возбуждается накоплением углекислоты в крови, и они совершают дыхательный акт еще при значительном количестве кислорода в легочном воздухе. Поэтому первые полнее вторых используют кислород в крови и легких. По данным А. З. Колчинской, О. Г. Карандеевой и соавторов, у человека каждый литр кислорода извлекается кровью из 25-30 л воздуха, поступающего в легкие, а у афалин для утилизации 1 л кислорода требуется лишь 11 л воздуха. Таким образом, коэффициент использования кислорода в легких у афалины в 2,5 раза выше, чем у человека.

4. Среди механизмов, обеспечивающих бесперебойное снабжение мозга кислородом, важнейшее значение имеет "чудесная сеть". Эта сеть имеется на стенках грудной полости, в шейной области, но особенно сильно развита вокруг спинного и головного мозга. Крупных артерий, по которым бы кровь поступала в головной мозг, у дельфинов не обнаружено, "Чудесная сеть" обеспечивает для мозга резервы кислорода и служит кислородным депо. Способ действия этой сети точно не установлен, но полагают, что она может быстро наполняться кровью и опорожняться, регулируя кровяное давление во время погружения и выныривания при резкой смене давления среды. Исследователи из США Ю. Нейгел с сотрудниками, изучая под лучами Рентгена кровообращение мозга у анестезированной афалины, установили, что "чудесная сеть" гасит толчки, вызванные сокращением сердца, и подает в мозг кровь равномерным потоком под постоянным давлением. Погашение пульса обусловлено быстрым вбиранием большого количества крови в венозную часть "чудесной сети".

Из морских млекопитающих она сильнее всего выражена у кашалотов и полностью отсутствует у самых плохих ныряльщиков - сирен.

5. Кислородная емкость крови у китообразных на 1/4-1/3 выше, чем у человека. Замечено, что продолжительность ныряния у морских млекопитающих тем больше, чем меньше скорость их плавания и чем больше их размер. Гигантский кашалот - рекордсмен не только по длительности погружения, но и по тихоходности, а стремительная белобочка по продолжительности ныряния уступает очень многим менее резвым дельфинам.

Все перечисленные приспособления определяют легкость и продолжительность ныряния китообразных, что долго оставалось загадкой для науки.

При погружении у китообразных сильно сдавливается грудная клетка. Это наблюдали визуально и с помощью подводного телевидения американские исследователи С. Риджуэй, X. Скронце и Д. Кануишер на знаменитой афалине - самце Таффи, рекорд погружения которого достиг глубины 300 м за 4 мин 45 с. Фотоснимок нырнувшего дельфина, находящегося на этой глубине, показал резкий спад его грудной клетки (коллапс), причем первые признаки коллапса были замечены уже на глубине 10 м. Таффи обучили нырять по сигналу на заданную глубину и после 4-минутной дыхательной паузы выдыхать воздух под погруженную в воду воронку воздухосборника.

После столь глубокого ныряния состав выдыхаемого воздуха приходил в норму только через 8-10 дыхательных актов. По описанию Ф. Вууда, Таффи сделал всего 370 глубоких ныряний (иногда на глубину до 300 м) вдоль кабеля, на котором подвешивалось устройство, и затрачивал в среднем по 3 3/4 мин на каждое погружение. Однажды в течение только 1 ч он сделал девять погружений глубиной от 200 м и глубже. Таффи начал свою "карьеру" ныряльщика в 1965 г., когда участвовал в испытаниях подводной морской лаборатории "Силэб-II" у берегов Калифорнии. Он курсировал между акванавтами, жившими на глубине 64 м, и подводным судном "Бэркон", делая по 20 рейсов в день, преодолевая путь в один конец за 45 с. В 1968 г. он же участвовал в испытаниях подводной лаборатории "Силэб-III". Погиб этот дельфин в 1973 г. в возрасте 17-18 лет от точно не установленных бактерий - разрушителей мышечной ткани. В наши дни погружение на 500 м выполняет в Сан-Диего дрессированная гринда: она находит опущенную на дно моря ракету со звуковым сигнализатором, прикрепляет к ней особое устройство с жидким газом; газ наполняет мешок и поднимает ракету на поверхность моря.

Ныряющие китообразные отлично регулируют свою плавучесть, выпуская под водой то большее, то меньшее количество воздуха из дыхательных путей. Такие воздушные пузыри у дельфинов можно часто наблюдать в вольерах и Дельфинариях.

Кашалот настраивает "вою плавучесть, забирая тот или иной объем воздуха в огромные воздушные мешки головы, а также, возможно, впуская в ноздри какое-то количество воды.

Это совершенно уникальный зверь, который приобрел славу чемпиона-ныряльщика в Мировом океане. В условиях питания головоногими моллюсками на огромных глубинах у него в ходе эволюции развилась оригинальная система ориентации, которая позволяет ему в полной темноте получать звуковое изображение встречных предметов.

Многотонная (до 30 т), словно обрубленная спереди голова работает как гигантский акустический глаз.

Однако подробнее об этом расскажем в XII главе, а сейчас познакомимся с особенностями питания китообразных.