В темном, неисследованном слое океана скрытый запас рыбы может сыграть неожиданную роль в будущем нашего климата. Кажется, что сейчас не самое подходящее время для новой рыбной промышленности.
#Научные_исследования #Мезопелагическая_зона #Рыбий_экскремент #Углеродный_цикл #Климатические_изменения #Эксплуатация_морских_ресурсов #Биологическая_углеродная_помпа #Пищевая_цепь #Морская_экология #Углеродная_секвестрация
У ОКЕАНА ЕСТЬ способ перевернуть ожидания. Четырехэтажные волны-великаны вздымаются и обрушиваются без предупреждения. Свет изгибается на поверхности, чтобы создать химерические города, парящие на горизонте. И водные пустоши оказываются совсем не такими. Так было с учеными на борту корабля USS Jasper летом 1942 года. Покачиваясь на бурных морях у побережья Сан-Диего, штат Калифорния, акустический физик Карл Ф. Эйринг и его коллеги, которым поручили изучить сонарное устройство, которое флот мог использовать для обнаружения немецких подводных лодок, посылали звуковые волны в глубину. Но когда эхо их испытаний вернулось, оно раскрыло загадочное явление: везде, куда ходил корабль, сонар обнаруживал массу, практически такую же плотную, как морское дно, бродящую на глубине около 300 метров или более. Еще более загадочно, эта ложная дно казалась менять свое положение в течение дня.
Люди имели свои теории - скопления рыб? неисправное оборудование? - но, за исключением регистрации аномалии, ученые оставили тайну без разрешения. (Ведь была война.) Пока в 1945 году океанограф Мартин Джонсон не опустил сети в Тихий океан, чтобы рассмотреть это ближе, и виновник был окончательно обнаружен: это оказалось огромное облако морских животных, большинство из которых меньше человеческой руки, которые движутся из глубокого океана на поверхность и обратно каждый день.
С 1940-х годов ученые разгадывают тайны этой вертикальной миграции и существ, участвующих в ней. До недавнего времени исследования сосредотачивались на зоопланктоне и других мелких организмах, игнорируя их крупных хищников. Но технологический прогресс позволил взглянуть на продовольственную цепь в этом мигрирующем облаке и изучить разнообразных, хитрых, странных и слизких рыб мезопелагической зоны, морской "сумеречной" области на глубинах примерно от 200 до 1000 метров, где последние лучи поверхностного света проникают, прежде чем раствориться в полной темноте моря ниже. И эти исследования начали раскрывать нечто такое же значимое и загадочное, как первая документация миграции учеными: перемещая углерод через океан, мигрирующие рыбы в зоне сумерек, которые настолько густо распространены, что однажды обманули сонар, также могут играть важную роль в стабилизации климата.
Исследователи теперь пытаются количественно определить, сколько углерода рыбы в одной из самых неизученных экосистем планеты переносят из поверхности океана в глубокое море. Недоступность этих рыб делает эту работу более сложной, чем обычные исследования рыболовства, но срочность все равно есть: тот же технологический прогресс, который позволяет изучать мезопелагических рыб, делает их все более привлекательными для вылова, даже если изменение климата угрожает изменить экосистему.
Мезопелагические рыбы еще не эксплуатируются коммерчески, хотя уже ведутся проекты по исследованию рыночной пригодности вида и определению наилучших методов его ловли. Работа ученых в этой области заключается в том, чтобы оценить потенциальные воздействия от рыболовства до его начала. Но с таким количеством неизвестных остается вопрос: успеют ли они сделать это вовремя - ради рыб и ради нас?
В ЯРКИЙ день на поверхности океана, с лучами света, отражающимися от воды во все стороны, кажется, что солнечный свет - это все, что есть. Некоторая часть этого света проникает под поверхность в тонкий световой шлейф океана, известный как эуфотическая зона, дом для всех, кроме самых глубоких водорослей, фитопланктона и практически всех видов коммерчески выловленных рыб. Ниже этого слоя солнечный свет становится незначительным, и все становится странным: вода слишком мутная для фотосинтеза, мало пищи доступно, а рыбы становятся глубоко, отчетливо странными. Возьмем, к примеру, рыбу-телескоп, лентообразное существо с жемчужными трубчатыми глазами и улыбкой Чеширского кота с щетинистым ртом, или змееголовую рыбу Слоана, чья челюсть может раскрыться, чтобы поймать добычу на 50 процентов больше собственного размера между своими прозрачными, изящно заостренными зубами.
В 1932 году американский натуралист Уильям Биб отправился исследовать эту экосистему на судне, известном как батисфера (стальной шар, подвешенный к исследовательскому судну как маятник). Его первые попытки на экскурсии омрачились ужасными происшествиями, такими как протечка вокруг двери на глубине 90 метров и отказ системы связи. Биб, который действовал с неутолимым энтузиазмом истинного одержимого, в конечном итоге достиг глубины более 700 метров, где ему выпало увидеть рыбу примерно 2 метра длиной, с клыками, "освещенными либо слизью, либо косвенным внутренним светом", и рыбу-несушку, увенчанную тремя светящимися щупальцами. "Ни один пионер, взирающий на марсианский пейзаж, не мог бы испытать большего восторга, чем я", позже он написал.
Тем не менее, то, что, возможно, является наиболее замечательным в отношении мезопелагических рыб, это не то, кто они есть, а то, что они делают.
Каждый день многие виды мезопелагических рыб участвуют в самой масштабной регулярной миграции на планете. В этом процессе, называемом суточной вертикальной миграцией, животные, такие как светлячки (один из наиболее распространенных видов мезопелагической рыбы), перемещаются из глубоких вод, где они защищены от хищников днем, на поверхность, где они питаются ночью - путь до километра для созданий, размером с iPhone, в основном занятых светящимися органами и большими круглыми глазами. (Представьте себе сардин, у которых огромные глаза-гуглайсы.)
Попав на поверхность, рыбы поглощают углерод, питаясь зоопланктоном, который сам питается микроскопическими организмами, называемыми фитопланктоном, которые поглощают углекислый газ через фотосинтез. Затем рыбы переносят этот углерод в глубины, где они его дышат или выделяют; чем глубже это происходит, тем дольше углерод остается запертым. Это превращение углекислого газа в углерод глубокого океана является частью биологического углеродного насоса, механизма, способствующего способности океана поглощать 25 процентов всех глобальных выбросов углерода.
Понять роль мезопелагической рыбы в этом цикле, которая до недавнего времени была относительно мало изучена, сложно, не наименее потому, что сложно сказать, сколько на самом деле есть мезопелагической рыбы.
Сантьяго Эрнандес-Леон, биологический океанолог из Института океанографии и глобальных изменений на Канарских островах у побережья Испании, борется с этой проблемой десятилетиями. В 2010 году Эрнандес-Леон принял участие в испанском исследовательском путешествии под названием Маласпина Кругосветная экспедиция. На протяжении примерно 60 000 километров исследователи наблюдали мезопелагическую зону с помощью эхолотов. До этого момента большинство оценок мезопелагической рыбы - измеренной в виде биомассы - делались с помощью сетей и указывали на разреженную экосистему. Но акустические наблюдения Маласпина показали, что эти оценки были грубым неправильным расчетом - биомасса мезопелагической рыбы не была 1 миллиард тонн, как предполагалось ранее, а 10 миллиардов тонн или больше, что составляет около 90 процентов всей биомассы рыбы в океане.
Тем не менее, точность или подтверждение этих цифр - это вызов; сети остаются важным инструментом для оценки, и многие мезопелагические рыбы практически идеально приспособлены, чтобы избежать захвата. Планктон в воде излучает биолюминесцентное сияние при ударе, и многие мезопелагические рыбы имеют большие глаза, которые помогают им видеть это биолюминесцентное сияние на расстоянии до 20 метров. В результате сетка исследователя освещается, как елочные огни, и большинство рыб просто уходит. "Нам нужна биомасса рыбы, чтобы оценить скорость транспортировки углерода", - говорит Эрнандес-Леон. - "Если мы можем поймать менее 20 процентов животных, мы не знаем реальной стоимости".
Для решения этой проблемы Эрнандес-Леон и его команда разработали видеокамеры, которые могут опускаться на глубину до 6000 метров. Чтобы не вызывать реакцию планктона, исследователи экспериментировали, оставляя камеру неподвижной на глубине 170 метров, чтобы увидеть, пройдут ли перед ней рыбы, что и случилось. Затем эти данные были сопоставлены с данными от эхолота, чтобы подтвердить, что снятые на видео рыбы были вертикальными мигрантами. "Мы оценили биомассу и она была очень высокой, на порядок выше, чем мы оценивали с помощью тралов", - объясняет он. Эрнандес-Леон и другие исследователи также экспериментируют с эхолотами, использующими определенные частоты для точного определения разных видов из мезопелагического облака.
Но хотя общее количество рыбы может быть самым большим вопросом, это не единственный.
"Если вы попытаетесь рассчитать, сколько углерода одна рыба перемещает каждый день с поверхности моря в мезопелагическую зону, есть примерно 30 различных параметров", - говорит Хелена МакМонагл, аспирантка Университета Вашингтона и гостевая студентка Вудс Холского океанографического института (WHOI). Все, начиная от того, сколько кислорода и углекислого газа рыба вдыхает и выдыхает, до того, какая доля ее испражнений опускается в мезопелагическую зону, определяет, сколько углерода рыба перевозит в глубокий океан. В 2018 году WHOI запустил большую инициативу под названием проект «Океанская зона сумерек», направленный на более глубокое понимание мезопелагического региона. В рамках своей части проекта МакМонагл пыталась выявить основные источники неопределенности в перевозчике рыб-углерод. Эти исследования показывают, что скорости дыхания рыб, которые влияют на то, сколько углерода рыба переносит с поверхности моря в глубокий океан в процессе дыхания в течение дня, особенно важны. Эта цифра может варьироваться в широких пределах в зависимости от способа расчета. "Эти параметры неопределенности вместе приводят к шестикратному разбросу только для одной рыбы", - говорит она.
В рамках научной поездки в Северный Атлантик МакМонагл имела некоторый успех с измерениями на борту - измерением скорости дыхания только что пойманных светлячков до их гуманной усыпки, но сбор данных остается сложной задачей; мягкие тела рыб, привыкшие проводить свою жизнь на глубине до одного километра под поверхностью, не всегда выживают, когда их вытаскивают из воды и берут в лабораторию. "Они очень хрупкие", - говорит она.
Однако лабораторные работы по другим видам рыб могут помочь в заполнении картинки, особенно когда исследователи изучают не только то, что попадает в рыбу, но и то, что выходит с другого конца.
ПОХОЖЕ НА СОНАР, ученые 1940-х годов Лорен Кук заинтересовалась мезопелагической зоной благодаря эхолоту. Пока проходила летнюю стажировку в рамках программы бакалавриата, Кук получила доступ к данным эхолота с корабля, который совершал рейсы между Нью-Джерси и Бермудами. Изучая данные о отражениях, аспирантка Рутгерского университета проследила волны переселения морской жизни.
Для Кук этот опыт побудил ее к вопросам о том, как именно рыбы выносят углерод в глубокий океан. Но когда настало время для их докторской диссертации, Кук вместо этого сосредоточилась на более доступном виде: атлантическом меньдене, рыбе-кормовом объекте, которая обычно весит около 450 граммов и активно отлавливается вдоль восточного побережья Северной Америки.
Менаден, прибрежный пелагический вид, находится в поверхностных водах и не спускается так глубоко, как мезопелагическая рыба. Но, как и у мезопелагической рыбы, их экскременты могут проникать очень глубоко, и это путешествие предоставляет рыбам возможность участвовать в биологическом углеродном насосе.
Тем не менее, исследование рыбьего экскремента в океане не так просто.
"Очень сложно найти рыбий экскремент; он крупный и быстро тонет", - говорит Кук. "Кроме того, определить, кому принадлежит этот рыбий экскремент, когда вы его находите, и измерить все эти параметры на месте практически невозможно".
Вместо этого Кук помещает взрослых менаденов, пойманных местными рыбаками, в лабораторные условия, кормит их сытной пищей и измеряет последствия. (Одно из этих измерений: рыбий экскремент примерно 4 миллиметра в длину, примерно как зеленая чечевица). Эти образцы используются для оценки производства фекальных пеллет и скорости их оседания - последний фактор важен, так как быстрое оседание рыбьего экскремента по сравнению с более медленным оседанием экскрементов организмов, таких как зоопланктон, делает рыбий экскремент потенциально хорошим средством для углеродного экспорта.
Исходя из немногих измерений, которые сделали ученые, оценивается, что рыбий экскремент оседает на глубину сотни до примерно 1,000 метров в день, - говорит Кук, - "тогда как эти другие более мелкие частицы могут оседать от одного до 10 метров в день". Это означает, что углерод в рыбьем экскременте менее вероятно будет рециркулироваться обратно в воду во время своего пути в глубины, и более вероятно достигнет осадков на дне океана, где он может храниться в течение веков.
Исходя из этой информации и других параметров, Кук создает модель для оценки того, сколько углерода в целом экспортирует популяция менаденов в глубокие морские воды или осадки, включая прогнозируемое увеличение температуры воды из-за изменения климата. (Теплые воды влияют на обмен веществ у рыб, что может изменить количество углерода, которое поступает в глубину через экскременты).
Для мезопелагической рыбы их экскременты могут быть высвобождены как на более глубоком уровне в водном столбе, так и дальше от берега, где сам океан гораздо глубже. Это означает, что их экскременты еще более вероятно попадут в глубокий океан, где углерод в них будет длительное время сохраняться. Однако изучение этого в более детальном масштабе, как это делает Кук с менаденами, остается сложной задачей.
Грейс Саба, доцент Рутгерского университета (и научный руководитель Кука по докторской программе) и руководитель международной рабочей группы по углероду рыб, говорит, что вскрытие мезопелагической рыбы для исследования фекальных отходов в их желудке может помочь понять вес или углеродное содержание фекалий мезопелагической рыбы, но время их переваривания - и, следовательно, то, выделяют ли они все это дерьмо на глубине или ближе к поверхности при кормлении, - является загадкой. "Это окажет огромное влияние на то, сколько они действительно транспортируют вниз и сколько остается там".
В целом, это сложное полотно, в котором остаются множественные пустоты; некоторые ученые оценивают, что примерно 10 миллиардов тонн углерода извлекается из поверхности океана в глубокую воду через биологическую углеродную помпу каждый год, причем некоторые исследования предполагают, что мигрирующие мезопелагические рыбы экспортируют от 0,3 до 40 процентов этого углерода. (В сравнении, мировой транспорт выбросил около 8 миллиардов тонн парниковых газов в 2022 году, согласно Международному энергетическому агентству). Однако не весь углерод, отправляемый в глубокую воду или осадки, долгосрочно остается там. По последним оценкам, общее количество углерода, секвестрированного, составляет примерно 1,2 триллиона тонн, причем около 20 процентов из них приходится на мезопелагическую рыбу, согласно одной модели. (Органический материал в верхнем метре почвы по всему миру хранит около 1,5 триллиона тонн).
Но даже когда зона сумерек и вклад рыб в углеродную секвестрацию начинают проясняться, на горизонте наблюдаются изменения.
ЗА ПОСЛЕДНИЕ несколько десятилетий мезопелагические виды привлекли внимание как источник пищи для все более голодающего мира. Это побудило к запуску проектов, таких как финансируемый ЕС проект MEESO, направленный на лучшее понимание изобилия и технологий рыбной ловли ключевых видов мезопелагической рыбы, который должен завершиться в 2024 году. Норвегия ведет пробную рыбалку мезопелагической рыбы с 2016 года, а также Исландия экспериментировала с рыболовством мезопелагической рыбы, особенно в 2009 и 2010 годах.
Это не были первые случаи, когда государства набирались опыта в мезопелагическом рыболовстве.
Во второй половине XX века Советский Союз, стремясь обеспечить свою растущую население белком, обратился к морю. "Ты видел огромный рост средств, направленных на министерство рыболовства, что привело к истощению запасов рыбы в водах около России", - говорит Слейтер Пэйн, соавтор статьи о мезопелагическом рыболовстве Советского Союза, в рамках работы над проектом "Зона сумерек" Вудсхоллского океанографического института. В 1970-х годах усилившаяся конкуренция за рыбные ресурсы, а также ужесточение международных регуляций, побудила СССР начать рыбалку, для которой не было конкуренции: мезопелагическая фонарница.
Назначение для этой пока неопределенной награды? Корм для скота, говорит Пейн.
Для этой эксплуатации мезопелагической зоны потребовалось огромное усилие по добыче в юго-западной части Индийского океана и южной части Атлантического океана, включая использование лодок с вертолетами и рыбоперерабатывающих предприятий для поддержки флота малых рыболовных судов. После распада Советского Союза - вместе с его субсидиями на рыболовство - рыболовство теряло свой потенциал.
Сорок лет спустя интерес к добыче мезопелагической зоны возродился, особенно среди стран Северной Европы, после того, как в рамках Экспедиции Маласпина 2010 года была представлена пересмотренная оценка биомассы мезопелагической зоны. Интерес вызвал инициативы, такие как проект MEESO, который пытается ответить на экономические и биологические вопросы о рыболовстве в мезопелагической зоне.
Работа Рунара Гьерпа Солстада, исследователя из Nofima, норвежского исследовательского института, сотрудничающего в рамках проекта MEESO, показывает, что маловероятно, что какая-либо рыба мезопелагической зоны окажется на чьем-либо обеденном столе. Работа Солстада сосредоточена на оценке потенциала пищи одного из целевых видов - мезопелагической рыбы по имени перловидный пучеглаз. Для человеческого вкуса результаты неутешительные.
"Он имеет очень плохой вкус", - говорит он. "Другого способа сказать это нет".
Тем не менее, как и в случае с устаревшими мезопелагическими рыболовствами СССР, большой интерес вызывает использование мезопелагической рыбы в качестве корма для других животных, таких как атлантический лосось. С учетом того, что спрос на морепродукты, особенно на аквакультуру, ожидается удвоиться к 2050 году, некоторые ученые и рыбаки говорят, что эксплуатация мезопелагической зоны в конечном итоге станет реальностью, но это урожай может иметь непредвиденные последствия.
Анализ существующих коммерческих рыболовных промыслов позволяет представить, насколько серьезными могут быть эти последствия. В 2020 году ученые, опубликовавшие статью в журнале Science Advances, оценили, что извлечение рыбы, которая иначе бы обеспечивала излишки углерода, привело к тому, что люди фактически предотвратили усвоение 22 миллионов тонн углерода.
Но помимо рыболовства, наибольшее изменение в мезопелагической зоне может быть вызвано изменением климата.
Примерно 1,5 миллиона лет назад климат Земли колебался примерно на 4 градуса Цельсия между ледниковыми и более теплыми периодами. Исследование палеонтолога Константины Агиади указывает на то, что эти быстрые колебания - по крайней мере, с геологической точки зрения - в раннем среднем плейстоцене оказали существенное влияние на зону сумерек.
Изучая окаменелые отолиты, или ушные камни, лампрелл из этого периода, Агиади, постдокторантка Венского университета в Австрии, обнаружила, что медианный размер тела мезопелагической рыбы сократился на 35 процентов с изменением климата. (Теплые воды ускоряют обмен веществ у рыб, вызывая их взросление и остановку роста при меньшем размере тела.) Это могло оказать влияние на биологическую углеродную помпу, говорит Агиади, поскольку меньшие рыбы преодолевают меньшие расстояния, что означает меньшее количество углерода, попадающего в глубокий океан.
В то время как эту эпоху характеризуют более высокие температурные изменения, чем во всех, кроме самых пессимистичных сценариев нашего текущего периода антропогенного изменения климата, Агиади говорит, что уроки из глубокой истории показывают необходимость более глубокого понимания мезопелагической зоны и ее взаимосвязи с меняющимся миром вокруг.
"[Люди] всегда исторически эксплуатировали то, чего не понимают", - говорит она. "Сейчас есть возможность опередить события и поддержать интенсивные исследования в этой области".
Большая часть мезопелагической среды обитания находится в открытом море, за пределами территорий какой-либо нации. Как указала Аманда Шадеберг, аспирантка Вагенингенского университета и исследовательского центра в Нидерландах, в отсутствие национальной юрисдикции или традиционных пользователей определения ученых о количестве мезопелагической рыбы и о количестве углерода, который они удерживают, могут формировать глобальную политику. Это включает вопросы о том, как сбалансировать продовольственную безопасность, которую можно обеспечить путем добычи мезопелагической рыбы, с потребностью в смягчении изменения климата и роли рыб в экосистеме, или как оценить долларовую стоимость потенциала мезопелагической рыбы в удержании углерода. (Отсутствие национальной юрисдикции, однако, также увеличивает риск непредвиденных последствий от таких деятельностей, как рыболовство.) Ранние очертания исследований в мезопелагической зоне показывают, что такого рода широкие вопросы уже задаются; Грейс Саба говорит, что большая часть быстрого роста интереса к углеродному экспорту рыб за последние два года сосредоточена на оценке рыб в качестве части климатического решения с использованием синего углерода.
Некоторые ученые говорят, что интерес к мезопелагической зоне может представлять опасность отвлечения внимания от необходимости снижения непрерывных выбросов, которые уже отправляют такое количество углекислого газа в океан. Это также может искажать приоритеты в другом аспекте, говорит Шадеберг, так как исследования мезопелагической зоны затратны и контролируются учеными из богатых стран, что означает, что небольшая группа людей может определять решения, имеющие важное значение для всей планеты.
Тем не менее, мезопелагическая зона также может содержать урок о ценности смирения. Не так давно зона сумеречного океана считалась относительно лишенной жизни. Ближайший взгляд на эту часть океана показал нам, насколько это глубоко неверно. Маленькие рыбки, путешествующие на большие расстояния, могут помогать сохранить планету пригодной для жизни, не подозревая об этом. Мы, по крайней мере, можем отдать должное и признать, что есть еще многое, что предстоит узнать.
Подписывайся: https://t.me/trivsin