Ксенофоры
Эта группа относится к классу брюхоногих моллюсков, называемых также улитками. Ксенофоры сами занимаются украшением своего «дома». Их странные привычки настолько характерны, что отражены в названиях этих моллюсков практически на всех языках. Так, их научное название «ксенофоры» означает по-гречески «несущие чужое». По-английски и по-немецки их называют «раковинами-носильщиками». Японцы называют один из наиболее известных видов семейства — Кумасагагай, что значит раковина Кумасаги. Кумасага — имя знаменитого персонажа японских сказок, грабителя, то есть в вольном переводе японское название значит «раковина-воришка».
Ксенофоры — небольшое семейство, насчитывающее около 30 видов, живущих во всех океанах, за исключением Северного Ледовитого. Большинство видов семейства обитает в тропической зоне. Внешний вид ксенофор необычен, часто раковина выглядит, как непонятно чем скрепленная куча хлама, состоящего обычно из створок двустворчатых моллюсков, пустых раковин улиток, песчинок и камешков. Встречаются, впрочем, и довольно экзотические для моря предметы — например, кусочки каменного угля. Внимательно присмотревшись, можно заметить, что все эти предметы аккуратно прикреплены к раковине и расположены в определенном порядке. При этом, чем крупнее моллюск (а ксенофоры достигают размеров 15 см и более), тем большего размера предметы встречаются на его раковине. Почти все ксенофоры налепляют на себя посторонние предметы, однако в пределах семейства можно найти виды со всеми переходами — от чистой раковины к раковине сплошь облепленной. Можно предположить, что эти переходные формы отражают историю эволюции ксенофор, пошедших по пути преобразования своей раковины с помощью подручных средств.
Единственным видом с совершенно чистой раковиной оказывается японская ксенофора. Следующей в этом ряду располагается звездчатка солнечная, которая только в юности прикрепляет к раковине крошечные камешки. У взрослых экземпляров звездчатки эти «грехи молодости» видны на самом верху, то есть на наиболее старой части раковины (раковина растет всю жизнь, причем новые надстройки появляются внизу, у устья). Другие виды прикрепляют к раковине инородные предметы в течение всей жизни. Бывает, что вкусы моллюска меняются с течением времени. Например, ксенофора бледноватая в молодом возрасте собирает камешки, а позже — раковины брюхоногих моллюсков.
Такие привычки ксенофор давно снискали им популярность у коллекционеров и привлекают пристальное внимание ученых, занимающихся моллюсками — малакологов. Надо сказать, что ксенофоры в определенном смысле отплатили ученым за внимание довольно неожиданным образом. Ксенофоры, которые очень удачно были названы «первыми коллекционерами раковин», часто собирают и прикрепляют на свою раковину очень редкие и подчас неизвестные ученым виды брюхоногих моллюсков. Особенно этим славится уже упомянутая ксенофора бледноватая — среди прикрепленных к ней раковин оказалось три новых для науки вида брюхоногих моллюсков, которые ранее малакологам не попадались.
Долгое время интересные особенности ксенофор не находили объяснения у ученых. В последнее время стало ясно, что необычный облик тесно связан с образом жизни моллюска.
Строительство такого сложного «домика» — процесс непростой и длительный. Ксенофоры, найдя подходящий предмет (как уж они его выбирают — пока еще неясно), охватывают его ногой, устанавливают в требуемое положение и прикладывают к раковине. Нога выделяет жидкость, которая, постепенно затвердевая, прочно цементирует предмет к раковине. Для того, чтобы укрепить среднего размера камешек, моллюску требуется около 10 часов. Это было прослежено при содержании ксенофор в аквариуме. При этом моллюск все время держит камень ногой. Естественно, что столь сложный процесс, который к тому же регулярно повторяется по мере роста моллюска, не может быть просто «хобби», а должен быть связан с жизненными потребностями моллюсков. Как уже говорилось, предметы располагаются не хаотично, а в строгом порядке. Разные виды укрепляют их по-разному, но в подавляющем большинстве случаев все они прикрепляются по нижнему краю раковины таким образом, что раковина лежит на дне, опираясь на прикрепленные предметы. При этом устье раковины, то есть отверстие, через которое высовывается сам моллюск, оказывается приподнятым над дном. Наблюдения над ксенофорами в аквариумах показали, что эти животные малоподвижны и большую часть суток проводят полностью или отчасти втянутыми в раковину. Лишь изредка моллюск высовывается и начинает соскребать находящейся на языке теркой (длинной эластичной лентой с многочисленными зубами) микроскопические водоросли, растущие на субстрате под раковиной. В этот момент животному некого опасаться — вцементированные камешки и раковины надежно охраняют ксенофору с боков, а сверху замаскированную раковину почти невозможно разглядеть. Таким образом, в результате всех трудов ксенофора имеет не только защитную раковину, в которую можно втянуться и переждать опасность, но и маскирующее укрытие из посторонних предметов, служащее в период кормежки. Страсть ксенофор к маскировке заставила их выработать еще одну уникальную для беспозвоночных особенность поведения — чтобы не оставлять даже химических следов своего присутствия, они закапывают свои испражнения. Такая «кошачья» привычка характерна обычно лишь для некоторых млекопитающих.
Хорошо замаскированная и укрепленная раковина в определенные моменты, однако, доставляет ксенофорам существенные неудобства. Когда под раковиной кончаются водоросли, моллюску приходится перемещаться на новое место. Подавляющее большинство брюхоногих моллюсков ползает на своей ноге, держа раковину на спине. Трудно представить, чтобы такой способ движения был возможен для ксенофор, которым пришлось бы нести на спине очень тяжелое и громоздкое сооружение, цепляющееся за дно всеми своими выростами. Поэтому ксенофоры вынуждены были выработать весьма своеобразный «переваливающийся» способ передвижения. Вначале ксенофора далеко высовывает ногу и продвигает ее вперед, затем приподнимает раковину и дает ей съехать в сторону ноги. Такими рывками моллюск постепенно передвигается вперед, а найдя подходящее «пастбище», вновь надолго останавливается.
Такой образ жизни ксенофор легко объясняет все особенности строения раковины, наличие «собирающих» и «не собирающих» предметы видов. Так, японская ксенофора может ничего не прикреплять к раковине, поскольку по нижнему краю ее проходит выступ, приподнимающий раковину над дном. Звездчатка солнечная приклеивает к себе крошечные камешки в самом раннем возрасте, когда край раковины довольно ровный.
Позднее на раковине отрастают собственные выросты, приподнимающие ее над грунтом. Ксенофора бледноватая в раннем возрасте прикрепляет к раковине легко находимые вокруг камешки, размера которых вполне достаточно, чтобы приподнять раковину. Однако чем старше становится моллюск, тем большего размера нужны камни, и, наконец, наступает такой момент, когда собирать камни становится уже невыгодно — они должны быть слишком большими и раковина становилась бы такой тяжелой, что ее уже не сдвинуть. Тогда ксенофора вынуждена искать более легкие предметы такого же размера. Раковины брюхоногих моллюсков лучше всего отвечают таким требованиям: при значительных размерах они полые внутри и имеют сравнительно небольшой вес. Подходят также тонкие, но прочные выпуклые створки двустворчатых моллюсков. Ракушки моллюск укрепляет так, чтобы их наибольшая длина строго совпадала с радиусом собственной раковины — это позволяет сильнее приподнять раковину над дном. Такие требования ксенофоры заставляют ее тщательно выискивать материал для своей конструкции, иногда недостаток подходящих пустых ракушек на дне вынуждает ксенофору собирать раковины с живыми моллюсками внутри. Конечно, удержать в процессе цементации, да и поймать такие раковины гораздо труднее, чем пустые.
Пока невозможно еще достоверно объяснить все «причуды» ксенофор, в том числе и черту, присущую многим видам, в особенности ксенофоре бледноватой. Этот вид может прикреплять к себе самые разнообразные предметы, но на каждой раковине встречаются только одинаковые — или створки двустворок, или раковины улиток, причем очень часто только одного вида. Ксенофоры явно предпочитают определенные объекты, результатом чего оказывается очень красивая и симметричная раковина. К сожалению, само животное не может видеть плоды своего труда, ведь моллюск не может высунуться из-под раковины и взглянуть на нее, да и особенности его зрения не позволили бы сделать это.
Тайны такого «эстетического подхода» ксенофор еще ждут своих исследователей.
Морские раковины
Нет, пожалуй, на свете человека, который хотя бы раз не любовался морской раковиной. Об этих необычайно разнообразных и часто удивительно красивых созданиях природы написано огромное количество популярных и научных работ. Собирание раковин с античных времен превратилось в распространенный вид коллекционирования. Неведомыми ныне путями раковины попадали в места, удаленные на тысячи километров от их местообитания. Так, тропические раковины ципреи, или каури, находят в древних захоронениях в Литве, Белоруссии и даже в Англии. Такая тысячелетняя популярность связана, конечно, с яркой окраской и оригинальной формой раковин. Однако мало кому известно, что яркие, глянцевые, гладкие или украшенные шипами и гребнями раковины, которые мы видим в музеях или на цветных фотографиях в книгах, в природе обычно выглядят совсем по-другому. Иногда свежевыловленную раковину моллюска трудно сразу узнать: настолько плотно она покрыта слоем чужеродных организмов — обрастаний. На раковинах поселяются водоросли, губки, мшанки, актинии, многощетинковые черви, моллюски и многие другие организмы.
Подобные обрастания представляют нежелательное явление для моллюска, обитающего в обросшей раковине, и, вероятно, причиняют ему значительные неудобства. Моллюски по-разному борются с обрастателями: некоторые обгрызают их, другие, как те же ципреи, накрывают раковину с боков выростами тела — мантией, что препятствует оседанию организмов на раковину. Однако есть единственная в своем роде группа моллюсков, которым обросшая раковина не только не мешает, но и необходима для нормальной жизнедеятельности.
Автор Моряк, рубрики Водные обитатели | Постоянная ссылка | Комментариев нетИскусственные концентраторы малька
В процессе исследований инженерно-экологического способа защиты было установлено, что можно добиться большей стабильности в работе системы, практически ее полной независимости от колебаний уровня воды в подводящем канале.
И здесь лишь необходимо использовать упомянутую вертикальную устойчивость мальков в воде: дать им возможность перемещаться с потоком поверху, а место отбора воды разместить как можно ниже, да забирать при этом воду под большим утлом к основному потоку.
В реализующем этот принцип новом сооружении — рыбозащитном концентраторе — учтена способность молоди сопротивляться перемещению под действием вертикальных течений.
Вода идет к насосам только через трубу прямоугольного сечения. Внутри нее последовательно установлены лотки-концентраторы, ниже которых размещены водозаборные окна. Вода к ним поступает под большим углом к горизонту. Молодь не следует за потоком вниз, а продолжает свой путь к рыбоотводу на том же верхнем уровне, что и в реке.
Если же какая-то часть молоди под воздействием вертикальных течений начнет все же опускаться, то ее снова поднимут наверх с помощью серии последовательных порожков-козырьков. Оказалось, что если где малькам приходится переплывать порог, то они, поднимаясь на новый эшелон, продолжают какое-то время двигаться выше гребня порога. Кроме того, с помощью сужающихся в плане стенок лотков мальки сдвигаются к середине устройства, то так направляемая потоком молодь концентрируется в ограниченном объеме воды в верхнем ярусе устройства перед входом в рыбоотводящий тракт. Значит, если отсечь верхний, насыщенный мальками слой, то внизу окажется только вода. А верхний, заполненный мальками ярус потока нужно заправить в безопасный для рыб участок водоема.
Гидравлические процессы внутри трубы не меняются, как бы ни колебался уровень воды в водоеме. А это означает, что и эффективность защиты молоди не зависит от гидрологического режима водоема.
Отработка всех элементов конструкции производилась на многочисленных моделях: плоских и пространственных, аэродинамических и гидравлических.
На подмосковном полигоне было построено рыбозащитное устройство в натуральную величину. На нем исследовался главным образом механизм защиты молоди. Ее распределение в устройстве контролировалось с помощью специальных ловушек и приборов ночного видения. Для получения более полного представления об эффективности устройства в опытах исследовалась возможность защиты новым способом мальков плотвы, окуня, язя, осетров, рыбца и сазана, обитающих в водоемах разных регионов нашей страны.
Результаты выполненных исследований показали, что сразу же за гребнем порога вода устремляется вниз, к расположенным подо дном концентратора водозаборным окнам. А мальки сохраняют свое положение по вертикали, если скорость перетекания воды вниз к водозаборным окнам достаточно малая, например ОД — 0,2 метра в секунду. Таким скоростям мальки могут противостоять. Работая своими плавничками, рыбки удерживаются наверху, а горизонтальное течение тем временем успевает снести их в следующий лоток-концентратор.
Если же скорости уходящей вниз воды будут большими, то у малька не хватит сил бороться с потоком. Молодь затянет вниз, и часть рыб будет унесена к устройству для забора воды.
Уменьшить скорость перетекания воды можно различными способами: увеличением площади зоны перетекания, устройством в наклонных гранях лотка щелей и т. п.
Результаты этих биолого-гидравлических исследований стали основой для разработки проекта первого концентрирующего рыбозащитного беззащитного устройства для Калининской ТЭЦ-3.
Конструкция этого рыбозащитного устройства оказалась универсальной и эффективной практически для любых условий. К ее достоинствам следует отнести в первую очередь то, что она одинаково надежно защищает мальков, плывущих на любой глубине.
Важно это потому, что по верхнему «этажу» водоема перемещаются мальки лосося, сига, сельди, чуть ниже — леща, сазана и рыбца, в толще воды — судака и окуня, а у самого дна — осетра, севрюги, белуги и стерляди.
Если концентратор, предназначенный для защиты поверхностных рыб перевернуть, то защита придонной молоди будет осуществляться аналогичным образом. Теперь мальки порогом-козырьком будут уже прижиматься ко дну, где и расположен в этом случае рыбоотводящий тракт, а поток будет подаваться наверх к водозаборным отверстиям, размещенным на втором этаже устройства.
Когда же необходимо защищать молодь по всей толще воды, то используют одновременно прямой и перевернутый концентраторы. При этом ставят их или рядом, или один над другим. В концентратор может попасть только молодь с того уровня, на который он рассчитан: с верхнего, среднего или нижнего.
Благодаря простым конструктивным формам, отсутствию сопротивлений в виде фильтрующих экранов и относительно большому сечению концентратора потери напора при прохождении воды по устройству сведены к минимуму. Поэтому оно практически не воспринимает никакой гидростатической нагрузки.
Так, на Калининской ТЭЦ оно выполнено из деревянных и винипластовых панелей, надетых на легкий металлический каркас. А прежние рыбозащитные устройства у больших насосных строились из железобетона.
На очереди разработка таких устройств из дешевых полимерных материалов. Специалисты считают, что фрагменты рыбозащитных конструкций можно будет попросту штамповать на заводах, а затем собирать их прямо на месте.
На Калининской ТЭЦ для защиты мальков сооружение смонтировали на берегу водозаборного канала. Готовую Конструкцию установили на «санки» полозья из металлических труб. Всего за час мощные тракторы скатили устройство по откосу. А затем уже по дну канала подвезли к водозаборному отверстию насосной станции, работа которой не прерывалась.
Спасительная излучина
Многолетние наблюдения ихтиологов показали, что на прямых участках рек молодь почти равномерно распределяется по всему сечению потока. Но на поворотах стройные ряды мальков нарушаются. Плывущие поверху прижимаются к вогнутому берегу, и их концентрация вдоль него возрастает во много раз. А скатывающиеся у дна, наоборот, прижимаются к выпуклому берегу.
Эксперименты показали, что на излучине только горизонтальное перемещение рыбы происходит по законам гидравлики. Иначе обстоит дело с перемещением мальков по вертикали. Здесь законы гидравлики уже не работают.
Был изучен механизм этого явления. Оказалось, что малек скатывается по реке, окруженный небольшим объемом воды, как бы в маленьком «домике». Но связь эта условная. Она сохраняется до тех пор, пока «домик» плывет на одной и той же глубине. Стоит «домику» «поднырнуть», как малек тут же его покидает. Происходит это потому, что большинство рыб с самого раннего возраста обладает достаточно совершенной системой вертикальной устойчивости. Ее рыбе обеспечивает собственный «дирижабль» — плавательный пузырь. Благодаря этому уникальному гидростатическому органу она в водоеме всегда находится в состоянии нейтральной плавучести. А это значит, что не надо затрачивать энергию для поддержания своего вертикального положения, что особенно важно для слабой рыбьей молоди.
Когда, например, спасаясь от хищника или бросаясь за пищей, рыбка вынуждена покидать свой «домик», она тотчас стремится вернуться на прежний уровень.
Дело в том, что на новом горизонте восстановить свою нейтральную плавучесть малек быстро не может. Для этого ему необходимо изменить объем своего плавательного пузыря, уравнять давление в нем с наружным. Ведь пузырь рыб не связан напрямую с внешней средой. Попадающий в него или покидающий его воздух должен проделать достаточно длинный путь в организме.
Нужно время и весьма значительное — десятки секунд, чтобы рыбе «вдохнуть» или «выдохнуть». Гораздо проще и быстрее вернуться на свой прежний уровень.
По этой же причине малек стремится удержаться и в том случае, когда вертикальное течение принуждает его переместиться вглубь. Молодь активно сопротивляется этому, используя все имеющиеся средства: меняет положение в потоке, активно работает плавничками, располагая их под определенным углом к течению.
Теперь понятно, почему молодь на излучинах рек не вовлекается потоком во вращение по спирали. Пройдя на поверхности путь от выпуклого берега к вогнутому, мальки и дальше удерживаются наверху, концентрируясь на небольшой ширине.
Заманчивая перспектива увлекла нас: если излучина является естественным концентратором молоди рыб, то, значит, можно в месте наибольшего скопления отделять мальков от остального потока и отводить по специальным каналам от устройства для забора воды в безопасное место.
Но всегда ли так бывает и почему все это происходит именно на излучине? Интересное явление решили изучить детально. Фундаментальными биологическими вопросами занялись ученые Института эволюционной морфологии и экологии животных имени А. Н. Северцова. Исследования гидравлической структуры потока на излучинах и закономерностей распределения молоди в водотоках проводили специалисты Калининского политехнического института и ихтиологи Калининградского государственного университета.
На экспериментальные полигоны самолетами доставлялась живая молодь разных видов рыб со всех концов страны. Исследования проводились на многих реках шириной от трех до ста метров, расположенных в разных географических районах.
О масштабах работ говорят цифры: было изучено поведение в потоке воды и распределение на прямых и криволинейных участках рек и каналов более чем 250 тысяч мальков рыбца, плотвы, осетра, судака, корюшки, леща и других видов рыб.
Исследования подтвердили, что все без исключения мальки независимо от вида и размера на излучинах рек разной кривизны и ширины концентрируются у одного из берегов. Обязательным оказалось одно условие. Скорость течения должна быть такой, при которой малек уже не в состоянии сопротивляться потоку.
Так родился принципиально новый способ защиты молоди рыб от гибели в насосных установках и мелиоративных каналах: инженерно — экологический. Оригинальны конструкции, реализующие новые способы защиты, на них получены авторские свидетельства.
Как же на практике воплощается новый способ защиты рыб? Участки каналов, по которым вода подводится к насосным станциям, делают криволинейными. Заранее рассчитывают места сосредоточения мальков у вогнутого берега. В этих местах размещают вход в рыбоотводящий тракт. Это тоже канал, только небольшой, проложенный на берегу в обход насосной станции. По нему мальки возвращаются в родную реку. Понятно, что устье тракта размещают в таком месте, откуда мальки не могут вновь быть затянуты к насосам.
Эффективно излучина работает при постоянном количестве забираемой насосными установками воды при неизменном ее уровне в подводящем канале. В этом случае гарантируется зашита 70—80 процентов рыбьей молоди.
Автор Моряк, рубрики Проблемы воды | Постоянная ссылка | Комментариев нет
Большая проблема малька
Наша страна уникальна по своим рыбным запасам. В реках и озерах обитает до 90 процентов мировых запасов таких рыб, как осетровые и сиговые, около 60 процентов лососевых... Ежегодно рыбоводные заводы выращивают миллионы мальков, которые выпускаются в реки. Но здесь их ждут многочисленные засады.
Мальков засасывают насосные станции каналов, электростанции, водопроводов, заводов, агропромышленных комплексов. И в этих сооружениях рыбья молодь гибнет в громадном количестве.
На первый взгляд самое простое решение проблемы — преградить рыбе путь к насосам сеткой, ячейки которой настолько малы, что через них беспрепятственно может проходить только вода. За рубежом такие заградители защищают до 60 процентов молоди.
Пошли аналогичным путем и у нас. Только за последние полвека было выдано более двухсот авторских свидетельств на различные конструкции сетчатых устройств для защиты мальков.
Механические сетки делали наклонными к горизонту, закручивали их в конус, располагали зигзагообразно в виде змейки. Устраивали и невесомые заграждения из воздушно-пузырьковой завесы и слабого электрического поля.
Но, тем не менее, молодь продолжала гибнуть на большинстве из семнадцати тысяч устройств для забора воды, перед которыми были поставлены сетки различной конструкции.
В чем же дело? В реках США и Канады обитают главным образом лососевые рыбы. Их мальки до двух лет живут в том водоеме, в котором родились. И уже подросшие и сильные, спускаются по рекам в моря и океаны. Такую крупную молодь сравнительно легко защитить. Она может активно сопротивляться течению и легко уходит от сетки в сторону.
Молодь большинства рыб наших водоемов — осетра и севрюги, сазана и воблы, леща и судака — скатывается по рекам почти сразу после своего рождения. Размеры мальков с ноготок — чуть больше одного сантиметра. Слабые, беспомощные, они не в состоянии уйти от сетки, прижимаются к ней потоком и гибнут.
Автор Моряк, рубрики Проблемы воды | Постоянная ссылка | Комментариев нет