Цивилизация
Избыточные выбросы углекислого газа в атмосферу ведут не только к усилению парникового эффекта и, как следствие, потеплению климата. У них есть и менее известный «побочный эффект» – значительная часть CO2 в итоге попадает в океан. Например, минимум 300 из примерно1000 гигатонн, выброшенных человечеством в атмосферу за последние 200–300 лет, в конечном итоге диффундировали в воду.
Конечно, значительную часть растворённого в воде углекислого газа фитопланктон в ходе фотосинтеза превращает в кислород и органические вещества, которые потом оседают на дне на неизвестно насколько долгое время. Однако то ли света на всех не хватает, то ли ещё что, но изъять из океана весь «лишний» CO2 не получается, и кислотность океана растёт.
За те же 250 лет, прошедших с начала промышленной революции, показатель pH уже снизился примерно на 0,1 пункта. Этот процесс зависит от смещающейся с потеплением точки равновесия между атмосферной и океанической концентрациями, равно как и от множества других факторов, трудно поддающихся учёту. Однако в любом случае он немного запаздывает за увеличением содержания углекислого газа в атмосфере, и пока увеличение кислотности (падение pH) лишь ускоряется.
По расчётам учёных, если рост парниковых выбросов не прекратится, то уже к концу нынешнего столетия pH понизится ещё на 0,4 пункта, достигнув значения 7,7–7,8.
До недавних пор у морских биологов наибольшую тревогу в связи с увеличением кислотности океана вызывали судьбы кораллов и мелких морских беспозвоночных, которым необходимы известняковые скелеты и оболочки. Их рост, безусловно, страдает от увеличения количества угольной кислоты в воде. Однако в последнее время всё чаще слышны голоса биологов, которые вспоминают о совсем неблаготворном влиянии растворённого CO2 на более крупных обитателей океана. Например, недавно появилась работа, авторы которой утверждают, что уже к концу XXI века гигантские кальмары Гумбольдта могут впасть в перманентную леность – что-то вроде летаргического сна – из-за всё того же растворённого в воде углекислого газа.
Австралийский и российские учёные под руководством Филиппа Мунди из Университета имени Джеймса Кука в австралийском Таунсвилле, опубликовавшие свою статью в последнем номере Proceedings of the National Academy of Sciences, озаботились судьбой рыбок-клоунов.
Учёные опасаются, что из-за увеличения кислотности океанов мальки настоящего клоуна потеряют способность по запаху находить подходящие для взрослой жизни места. Немо никогда не придёт домой.
Рыбок-клоунов большинство из нас знают именно по диснеевскому «В поисках Немо». Как и знаменитый мультгерой, эти яркие рыбки начинают свою жизнь в виде крохотных мальков на больших глубинах, где не так много охотников до икры и молодняка рыбы. Однако повзрослев, они должны вернуться поближе к коралловым рифам и прибрежным зонам, а главное – к любимым актиниям, с которыми у клоунов многовековой симбиоз.
Ихтиологи знают, что дорогу к дому сородичи Немо ищут по запаху и по далеко разносящимся в океане звукам прибоя. Притом именно обоняние играет ключевую роль: оно позволяет рыбам найти не просто берег, а берег подходящего острова. Больше всего питательных веществ в прибрежные воды стекает из полных жизнью тропических лесов, и рыбы-клоуны за миллионы лет научились по запаху воды далеко в океане определять тип растительности, покрывающей остров. Более того, крохотные мальки даже отличают запахи своих родителей от запахов более далёких сородичей и предпочитают плыть в сторону последних – вероятно, таким образом понижаются шансы на кровосмешение.
Как выясняется, такого прекрасного обоняния кислая вода рыбок-клоунов лишает.
Учёные провели серию экспериментов над мальком настоящих клоунов (Amphiprion percula), которые в дикой природе обитают в Меланезии и отлично разводятся в аквариуме Университета имени Кука. Вообще говоря, это не совсем Немо – энциклопедии утверждают, что прообраз героя мультфильма относился к очень близкому виду анемоновых рыб (Amphiprion ocellaris). Эти рыбки живут чуть севернее и даже добираются до южных Японских островов. Однако неспециалисту их на вид не отличить, и повадки двух видов очень схожи.
Учёные 11 дней растили вылупившихся из икринок несколько сот мальков от 14 разных пар клоунов в трёх 100-литровых разных аквариумах. В первом была налита обычная океанская вода с pH=8,1–8,2, во втором – «морская вода 2100 года» с pH=7,8. В третьем аквариуме учёные попытались создать условия середины XXII века с pH=7,6. Во всех случаях нужного уровня pH учёные добивались, усиленно растворяя в исходной воде тот же CO2, что всё сильнее окисляет воду в наши дни.
После этого крохотных мальков пересаживали в смешанную зону экспериментальной установки, по которой можно было прогонять два потока воды с разными запахами – исследуемым и контрольным. Предпочтения мальков к тому или иному запаху учёные оценивали по количеству времени, которое они проводили в том и другом загончиках.
В качестве «запаха тропического леса» учёные взяли золотистый ксантостемон (Xanthostemon chrysanthus), в качестве «запаха бесплодной земли» – растущее на бедных почвах чайное дерево (Melaleuca nervosa), в листьях которого имеется масло с достаточно едким («эвкалиптовым») запахом. В качестве нейтрального сигнала выступало гвинейское просо; все эти растения учёные вымачивали в воде, которая потом поступала в экспериментальную установку. Кроме того, учёные проверили реакцию мальков на запах анемонов и других взрослых клоунов – родителей и родственно не связанных особей A. percula.
У мальков, которые 11 дней росли в более кислой «воде 2100 года», обонятельные предпочтения были полностью смещены.
Они в меньшей степени следовали в сторону «плодородных островов» (ксантостемона) и в большей – в сторону травы. Более того, они вдруг полюбили запах чайного дерева, которого выращенные в нормальной воде рыбки боялись, как огня, – среди выросших в воде с pH=7,8 рыбок около 80% плыли в сторону «бесплодной земли» против 0% у их контрольных собратьев. Даже запах анемонов «кислых» клоунов привлекал меньше.
У таких рыбок также значительно увеличились шансы спариться с роднёй по достижении половой зрелости. Если контрольная группа предпочитала запаху родителей даже запах чистой морской воды, и уж тем более – запах неродных сородичей, то «кислые» рыбки плыли в сторону любых A. percula, независимо от степени родственной близости к ним.
А у рыбок из «воды XXII века» с pH=7,6, похоже, обоняние и вовсе отказало – во всех экспериментах они спокойно плавали в смешанной зоне и не изъявляли желания плыть в сторону какого-либо запаха.
Как pH воды, в которой росли рыбы, влияет на распознавание запаха, остаётся загадкой. Ясно лишь, что причина где-то в самих рыбках, а не в экспериментальных стимулах: рыбки, выросшие в нормальной воде, отлично чувствовали запахи, даже когда во время эксперимента их тестировали в более кислой воде, а вот выросшие в кислой воде рыбы не чувствовали запаха даже в воде с нормальным pH. При этом даже сканирующий электронный микроскоп, с помощью которого Мунди и его коллеги исследовали обонятельные органы рыбок, не выявил никаких видимых отличий в строении их рецепторов. Этот вопрос нуждается в дальнейшем исследовании, отмечают авторы работы.
Что ясно, так это то, что окисление океанов может очень серьёзно повлиять на будущие поколения маленьких Немо. У рыб, которые не имеют возможности выбрать более подходящий для жизни остров, меньше шансов на выживание, и они будут оставлять меньше потомства. Ситуацию лишь усугубит большее количество близкородственных связей – отличать родню от сородичей эти рыбки, похоже, также не смогут.
И не стоит надеяться, что они «приспособятся».
Нигде в местах обитания клоунов pH сейчас не равен 7,8, так что в генофонде рыб просто нет особей, у которых можно было бы взять умение ориентироваться в такой кислой воде. А скорость изменения кислотности беспрецедентна: точно можно сказать, что она в 100 раз выше всего, что видел мировой океан за последние 650 тысяч лет, для которых существуют надёжные данные по осадочным кернам.
Ситуацию усугубляет и то обстоятельство, что большинство учёных пока просто не задумывались, как справляться с CO2 в океане. Более того, многие проекты борьбы с парниковыми газами предполагают как раз закачивание углекислоты в океаны – вплоть до намеренного сбрасывания на дно миллионов и миллионов тонн сельскохозяйственных отходов. О юных Немо при этом никто не думал.