Цивилизация
Если говорить о свободе передвижения, то наибольший выбор, безусловно, у птиц и рыб, не ограниченных скучными двумя измерениями. Конечно, и они зависят от стихии, и им тоже приходится приспосабливаться к течениям и воздушным потокам. Но многочисленные приспособления, появившиеся за миллионы лет эволюции, сводят эти ограничения к минимуму.
А вот более мелким живым организмам, выбравшим водную или воздушную среду обитания, повезло гораздо меньше: даже обладая жгутиками, они, по большому счету, не в состоянии самостоятельно определиться с направлением движения, становясь заложниками потоков. Это экспериментально и математически подтвердил Роман Стокер из Массачусетского технологического института и его коллеги,
продемонстрировавшие физические основы формирования «тонких слоёв» в океане — зон с повышенным содержанием фитопланктона, а вместе с ним и зоопланктона, и рыбы.
Феномен тонких слоев уже давно не даёт покоя учёным, ведь в этих областях толщиной от сантиметров до метров и площадью в несколько километров интенсивность жизни гораздо выше. Фотосинтетические формы жизни неизбежно привлекают и «нахлебников» — бактерий, зоопланктон, мальков рыб. С другой стороны, эти же регионы, по воле океанических течений существующие от нескольких часов до нескольких суток, могут стать причиной повышенной смертности рыб из-за токсичности некоторых видов быстро размножающихся водорослей.
Большая часть «цветущих водорослей», с которых и начинается эта пирамида, помимо хлорофилла обладают ещё светочувствительным глазком и жгутиками, позволяющими сносно передвигаться в толще воды, выбирая более освещенные участки.
Именно комбинация течений и активности этих жгутиков и объясняет формирующуюся гиротактическую ловушку.
Сила сдвига, неизбежно действующая на клетки, «закручивает» их, делая невозможным направленное движение к солнцу — соответственно, в зоне, где эта величина больше критической, и накапливаются водоросли. Помимо небольших математических выкладок, которые любители гидродинамики могут проверить в публикации Стокера в Science, ученые провели и реальный эксперимент.
Их подопечными стали зеленая Chlamydomonas nivalis и токсичный рафидофит Heterosigma akashiwo, заключенные в «камеру» — своеобразную «танковую гусеницу» глубиной 1 сантиметр, ограниченную вращающимся майларовым ремнем, который создавал необходимое сдвиговое течение.
Уже через 6 минут ровно посередине между верхней и нижней «гусеницами» оба вида начинали формировать четырехмиллиметровый «тонкий слой», достигавший пика плотности на 12 минутах.
Хотя собственная подвижность клеток очень мала по сравнению со скоростью течений, создаваемых гидродинамической установкой, именно она является ключевой: когда ученые попробовали повторить этот эксперимент с мертвыми клетками, имеющими точно такую же форму и распределение массы, как и живые, то «тонкий слой» не образовывался.
Тот же самый механизм работает и в океане, до тех пор пока периодически возникающие турбулентности не «освободят» фитопланктон из западни, положение которой зависит не только от силы сдвига, но и от свойств самих клеток. Те виды, которые благодаря эволюции обзавелись неравномерной плотностью клетки, более устойчивы к такому закручиванию.
В результате образуется слоистый пирог из нескольких видов, у каждого из которых будет своя критическая величина силы сдвига.
Насколько «умышленно» водоросли попадают в эту ловушку, судить трудно: с одной стороны, это увеличивает конкуренцию за ресурсы, делает их более доступными для хищников, с другой — увеличивает концентрацию особей и повышает генетическое разнообразие потомства.