Чтобы понять, почему газовая ловушка-обменник работает так совершенно, представьте ее реальные размеры. У обыкновенного угря чудесная сеть весит всего 65 миллиграммов, но содержит около 100 000 артериальных и такое же количество венозных капилляров по 4 миллиметра каждый. Их общая длина 800 метров, а поверхность стенок, через которые происходит диффузия газов, равняется 100 кубическим сантиметрам. По этой поверхности «размазано» всего 0,04 грамма крови! Ясно, что для свободной диффузии газов условия здесь превосходные. Теоретические расчеты показали, что при существующих размерах чудесной сети она должна обеспечить нормальное заполнение плавательного пузыря при любых давлениях вплоть до 400 атмосфер, то есть при погружении в воду на 4 километра.
Газовая ловушка по своей конструкции является обменником. Ее главное достоинство — высочайшая экономичность. Работа ловушки основывается на простой диффузии газов, то есть идет сама собою без затраты энергетических ресурсов организма. А мощность устройства чудовищна. Оно позволяет создавать давления в 400 атмосфер и обеспечивает герметичность, предотвращая утечку газов с кровью, омывающей стенки плавательного пузыря. Между прочим, утечки газов не происходит и через его стенки, что, видимо, связано с наличием тонких пластинок гуанина, препятствующих их диффузии.
У некоторых животных газовые поплавки несжимаемы. Емкости с твердыми стенками при всех своих минусах имеют над плавательным пузырем неоспоримые преимущества: они не требуют ни создания высокого давления, ни его постоянной регулировки. Уровень давления внутри такого баллона не имеет никакого значения. Плотность морской воды хотя и увеличивается с глубиной, однако не настолько, чтобы это могло серьезно сказаться на плавучести животного при его перемещении вверх или вниз на несколько сотен метров.
Газовыми емкостями из твердого материала пользуются моллюски. К числу умеющих плавать принадлежат жемчужные кораблики, или наутилусы, давшие название подводному кораблю капитана Немо. Их легкие, прочные и очень красивые перламутровые раковины используют для художественных поделок на всех побережьях Индийского океана. Спирально закрученная большая раковина наутилуса разделена внутри на крупные ячейки, заполненные газом. Моллюск живет в самой большой наружной ячейке. По мере своего роста хозяин раковины строит себе более просторное помещение, а освободившееся заполняет морская вода.
Сначала моллюск удаляет из нее натрий. Наутилус умеет осуществлять такие операции. Когда опреснение воды в ячейке закончится, автоматически включаются «осмотические помпы», выкачивающие воду, и камера одновременно заполняется газом. «Помпы» работают автоматически и не требуют специальных затрат энергии, так как приводятся в действие осмотическим давлением жидкостей. Поскольку у соленой воды оно значительно выше, чем у пресной, океан высасывает из раковин почти всю пресную воду, снижая в ее камерах давление, что ускоряет заполнение их газом, который находится здесь под давлением 0,9 атмосферы.
Более совершенным поплавком владеют каракатицы. У них от большой и тяжелой раковины, которой пользуются их ближайшие родственники, осталась небольшая пластинка, скрытая в тканях тела. Она выполняет функцию и скелета и плавательного пузыря. «Кость» каракатицы поражает невесомостью. На разрезе можно видеть, что она состоит из бесчисленного множества узких ячеек, высотою до 0,7 миллиметра, расположенных правильными слоями. У крупной каракатицы может быть до 100 слоев. Ячейки заполнены газом с обычным давлением около 1 атмосферы. Распорки между ячейками прочны и могли бы выдержать высокое давление, однако каракатицы, как и наутилусы, живут в верхних слоях океана и глубже 200 метров опускаться избегают, так как под действием высокого давления работа поплавка разлаживается.
Пока каракатица плавает у самой поверхности, в ячейках задней части «кости» находится совсем немножко пресной воды. Она просачивается из тела каракатицы под действием гидростатического давления. Чем глубже опустится животное и чем выше поднимется давление тканевых жидкостей его тела, тем больше воды будет сюда проникать. Ячейки воздушного поплавка очень скоро заполнились бы водой, если бы постоянно не работали «помпы», откачивающие ее обратно.
На больших глубинах у каракатиц и наутилусов работа «помп» нарушается. Дело в том, что осмотическое давление жидкостей, проникающих в ячейки, как бы создает отрицательное давление, равное 24 атмосферам. С этой силой океан «всасывает» воду из ячеек, пока каракатица плавает у поверхности. Если животные опустятся на глубину 240 метров, где гидростатическое давление поднимается до 24 атмосфер, произойдет уравнивание давлений, и «помпы» перестанут работать.
Газовый поплавок с прочными стенками ограничивает область обитания каракатиц и наутилусов всего двухсотметровым слоем, однако позволяет сохранять одинаковую плавучесть на любой глубине без дополнительной регулировки своего гидростатического устройства. Непродолжительные экскурсии эти моллюски совершают и на большие глубины, когда к этому их принуждают какие-либо обстоятельства, но там не задерживаются и при первой возможности поднимаются ближе к поверхности.
Мы познакомились здесь с основными механизмами, позволяющими водным организмам поддерживать положительную плавучесть. Вот как нелегко, оказывается, создать для них комфортные условия существования только по одному этому параметру. А сколько еще приспособлений должны иметь водные организмы, чтобы в воде чувствовать себя дома!
От весла до ракеты
Прежде чем мы узнаем, как плавают морские животные, давайте познакомимся с тем, какую позу они предпочитают принимать во время странствий в просторах океана. Существа, имеющие нейтральную плавучесть, должны чувствовать себя в воде, как в невесомости. Недаром в программе подготовки будущих космонавтов большое внимание уделено тренировочным упражнениям в воде.
Те, кому посчастливилось с помощью акваланга нанести визит в подводное царство, смогли оценить это на собственной практике. Они наверняка были очарованы возможностью зависать в толще воды в самых неестественных для человека позах, в том числе и вниз головой.
Мне непонятна приверженность обитателей океана к тем же позам, какие вынуждены принимать при движении в пространстве сухопутные существа. Рыбы и морские змеи, крупные ракообразные и живущие в океане млекопитающие, как правило, способны принимать в воде любые позы, однако предпочитают плавать головою вперед и брюхом вниз. Безусловно, из этого правила бывают исключения. Правда, морские рыбы избегают плавать кверху брюхом, хотя среди их пресноводных родственников встречаются и подобные оригиналы. В океане так ведут себя или существа достаточно примитивные, в том числе немногочисленные здесь жаброногие ракообразные, или высшие представители позвоночных — настоящие тюлени.
Лучшие пловцы из числа головоногих моллюсков — кальмары и каракатицы, а также некоторые представители десятиногих раков, в том числе креветки, когда у них возникает причина поторопиться, стремительно уносятся задом наперед.
Чтобы передвигаться в пространстве, животные должны иметь соответствующие устройства. Для их создания природа воспользовалась всего тремя принципами. Наиболее распространенным является ундулирующий тип движителя, то есть плавание с помощью волнообразных движений тела или специальных органов. Он встречается у представителей всех классов животных, овладевших техникой целенаправленного передвижения, и для многих одноклеточных из числа спирохет, для различных червей, миног и миксин, костистых и хрящевых рыб, некоторых рептилий, китов и дельфинов, ламантин, дюгоней и тюленей является основным или даже единственным способом передвижения.
При ундулирующем способе передвижения передняя часть животного обычно сохраняет неподвижность, а задняя волнообразно изгибается, причем чем дальше от головы, тем амплитуда волн становится больше. Чаще всего изгибы тела направлены вправо и влево от его оси, реже вверх и вниз, что свойственно морским млекопитающим: китам, дельфинам, ламантинам и дюгоням. Это облегчает животным всплытие к поверхности для дыхания и следующее за ним погружение.
Совершенно очевидно, что пловцу необходимо иметь гибкое тело и хорошо развитую мускулатуру. Если судьба обделила его гибкостью, приходится обзаводиться плавниками. Здесь имеются в виду такие плавники, которые невозможно использовать как весла. Если они располагаются в горизонтальной плоскости, тогда их бывает не менее двух по бокам тела животного, как это принято у скатов и кальмаров, а если в вертикальном, рыбы иногда ограничиваются одним плавником, чаще всего спинным, как это в моде у сельдяных королей.
