Пару десятилетий назад физиологи обратили внимание на то, что дельфины способны развивать слишком большую скорость, не соответствующую мощности их мышц. Так, например, дельфин Гилля длиною 190 сантиметров способен развивать скорость более 8 метров в секунду. Для объяснения парадокса дельфинов было высказано предположение, что губчатая ткань, лежащая у поверхности кожи, поглощает часть энергии бурных турбулентных завихрений, резко снижая размах колебаний в прилегающем к коже слое воды. Некоторые ученые подозревают, что дельфины благодаря хорошо развитым кожным нервам способны предчувствовать зарождение турбулентности в определенных районах наружных покровов и с помощью кожных мышц изменяют форму тела, поддерживая его обтекаемость на оптимальном уровне, благодаря чему лобовое сопротивление животного остается более низким, чем было бы у его твердой копии.
Ничего достоверного не известно о влиянии слизи наружных покровов животных на обтекаемость их тел. Экспериментальная проверка подтвердила, что смазка может снижать трение, и даже были успешные попытки внедрения в практику «смазки» корпусов судов. Еще в тридцатые годы во время движения огромного океанского лайнера «Нормандия», перевозившего пассажиров через Атлантический океан, в носовую часть судна подавалась водно-воздушная эмульсия, резко снижавшая вязкость, а следовательно, и трение пограничного слоя воды. Несколько позже был создан ряд полимерных жидкостей, способных при добавлении в воду (в совершенно ничтожных количествах) уменьшить или полностью погасить турбулентность.
Пограничный слой вокруг крупных животных позволяет рыбам-лоцманам использовать акул как транспортное средство. Издавна моряки считали, что более зоркие лоцманы плывут впереди своих грозных владык и наводят хищниц на дичь, за что получают крохи с барского стола. Это не соответствует действительности. Обычно лоцман в 8–20 раз меньше акулы, которую он сопровождает. В этом случае наиболее экономичная скорость хищницы будет как минимум в три раза превышать экономичную скорость эскорта. Трудно представить, чтобы лоцманы смогли выдержать такие темпы.
Наблюдения в море показали, что лоцманы не забегают вперед акулы, а держатся в непосредственной близости от хвостовой части ее тела. Только там «зайцы» могут проехаться бесплатно, не затрачивая на передвижение серьезных усилий, так как находятся в толще окружающего акулу пограничного слоя. Теоретические подсчеты показывают, что у двухметровой акулы толщина пограничного слоя в 33–28 сантиметрах от кончика ее хвоста будет достигать 4–4,5 сантиметра. Вполне достаточно, чтобы в нем нашли приют 20-сантиметровые лоцманы. У 12-метровой акулы в двух метрах от кончика ее хвоста пограничный слой имеет толщину 23 сантиметра. В нем, уютно устроившись, могут путешествовать чуть ли не метровые лоцманы с высотою тела до 8 сантиметров. Пограничным слоем океанских лайнеров, толщина которого превышает 1 метр, могут пользоваться даже крупные животные.
Ну а как быть лоцману, если он зазевается и покинет пограничный слой? Оказывается, отстать от «поезда» не так-то просто: отставший пассажир будет мгновенно возвращен обратно под действием так называемой пондеромоторной силы притяжения, возникающей между находящимися рядом и плывущими параллельным курсом телами. Сила притяжения значительна. Лоцманы чувствуют себя здесь достаточно уверенно.
Оперируя одной лишь логикой обыденного здравого смысла, трудно поверить, что к акуле прилипает слой воды толщиной в 23 сантиметра и несчастная рыба тянет за собой этакую тяжесть, а заодно может прихватить и оказавшуюся там живность. В существовании пограничного слоя можно убедиться, путешествуя любым быстроходным транспортом. Вероятно, каждому случалось видеть, как к одному из боковых стекол легковой машины «прилипает» оказавшийся в воздухе древесный лист и надежно держится на нем, вопреки воздушным вихрям, поднятым машиной, пока она почему-то не сбавит скорость.
Еще более удивительная картина может открыться из иллюминатора самолета. Иногда случается видеть, как невесть откуда принесенная снежинка «прилипает» к крылу самолета и медленно, с остановками, ползет к его заднему краю, без труда выдерживая напор воздушных вихрей чудовищной силы. Странное поведение листьев, бумажек, снежинок — результат «шалостей» пограничного слоя.
Обитатели океана прекрасно ориентированы в законах обтекания и разумно ими пользуются. Китовые вши, «зайцами» путешествующие на теле кита, несмотря на то, что не умеют плавать, чувствуют себя там достаточно уверенно. Им нет необходимости крепко цепляться за его кожу. Нужно лишь не забредать в зону отрыва пограничного слоя и не проморгать момент, когда кит резко замедлит движение.
Вершиной вниз
Источником жизни в океане, так же как и в других регионах Земли, является солнечная энергия. Различные районы океана получают ее в разных количествах. Если в тропиках в ясный солнечный день каждому квадратному сантиметру поверхности океана достается свыше 300 калорий (около половины энергии падает на видимый свет), то в полярных областях планеты в самое благоприятное время года величина доступной энергии в 2–3 раза меньше. Только 0,02 процента этой энергии используется для нужд фотосинтеза. Чтобы ее собрать, достаточно, чтобы 1 квадратный сантиметр поверхности получил в течение дня 0,06 калории. Однако зимой в полярных областях океана фотосинтез полностью прекращается. Фотохимические реакции не идут, если интенсивность светового потока падает ниже 0,18 калории на квадратный сантиметр в час.
Главная часть работы по синтезу органических веществ возложена в океане на мелкие и мельчайшие водоросли размером от 0,001 до 1,0 миллиметра. Большинство одноклеточных водорослей относится к диатомеям и перидинеям. Их в океане свыше 1400 видов. Несмотря на крохотные размеры, они в течение года синтезируют 500 миллиардов тонн органического вещества. Продовольственное снабжение не случайно возложено на плечи таких крошек. Для поддержания высокого уровня фотосинтеза необходимо большое количество солнечной энергии, а для ее сбора большие светоприемники.
Наземные растения улавливают солнечные лучи с помощью листьев, представляющих собою тонкие пластины. Водоросли океана пошли путем миниатюризации. Чем меньше организм, тем больших величин достигает у него соотношение площади тела к объему. Для утилизации солнечных лучей оптимальными являются микроскопические размеры тела одноклеточных водорослей и их равномерное распределение в поверхностных слоях воды.
Некоторое количество органического вещества создают бактерии, живущие в верхних слоях океана и в донных осадках. Синтетические процессы в их теле протекают без участия солнечной энергии. Пока не удалось определить, какое количество органики они создают. Однако объем производимой ими продукции не идет ни в какое сравнение с продуктивностью водорослей.
Первичная продукция океана — 500 миллиардов тонн органики — это основание пищевой пирамиды океана. Водорослями питается большинство мелких растительноядных организмов. Общая биомасса «травоядных» организмов, то есть вторичная продукция океана, в 10 раз меньше первичной. Мелкими «травоядными» животными питаются в основном мелкие хищники, их, в свою очередь, поедают хищники второго порядка, а тех — хищники третьего порядка. Тут же по «склонам» пищевой пирамиды шастают редуценты, подхватывающие мертвое органическое вещество и минерализующие его, разрушающие до простых неорганических соединений. Гибель подданных Посейдона происходит на всех пищевых уровнях, ведь жизненный цикл некоторых малявок исчисляется часами!
На вершине пищевой пирамиды находятся крупные рыбы, моллюски, раки и млекопитающие, в том числе киты. Для каждого из них число звеньев в пищевой цепочке может оказаться чуть меньше или чуть больше. Усатые киты питаются мелкими массовыми видами хищных организмов, а кашалоты и касатки поедают крупных хищников. На каждой ступени пищевой пирамиды органического вещества создается все меньше и меньше. Ведь путь преобразования энергии идет с громадными потерями.
Они начинаются уже в организме одноклеточных водорослей. Часть синтезированного органического вещества они тратят на собственные нужды в процессе обычного обмена веществ. На каждой последующей ступени пирамиды «накладные расходы» растут. Энергия расходуется на обычный обмен веществ, на поддержание нейтральной плавучести, очень много тратится на обеспечение двигательной активности, часть энергии преобразуется в тепло и рассеивается в окружающей среде… В целом пищевая пирамида океана выглядит низким приземистым сооружением, основание которого покоится у поверхности, а вершина направлена вниз.
