Летом 1968 года Институт океанологии построил подводный дом «Черномор», рассчитанный на глубину 30 метров. По внешнему виду он напоминал большую бочку диаметром три метра. В нем могли находиться четыре человека. Кроме спальных мест, там были душ и туалет. «Черномор» был поставлен в Геленджикской бухте. Команда подводной лаборатории должна была в ходе эксперимента выяснить, как долго человек может жить и работать под водой, не поднимаясь на поверхность. Одновременно экипаж «Черномора» проводил важные научные исследования придонной области Черного моря.
Изучать морское дно с судна тяжело, а водолаз может сколь угодно близко приблизиться ко дну. Он может выполнить очень тонкие и точные эксперименты. За пять лет работы подводной лаборатории «Черномор» был собран колоссальный, уникальный материал по изучению придонного слоя в море и его особенностей.
Жизнь под водой в условиях подводного дома и похожа, и не похожа на земную. В чем-то неуловимо, в чем-то явно, но меняется все, даже человеческий голос. Кислородно-гелиевая смесь действует на голосовые связки, и человек начинает говорить измененным голосом. Если открыть баллон с кислородно-гелиевой смесью и провентилировать ею легкие, сделав несколько вдохов-выдохов, и затем начать говорить, то менее плотная гелиевая смесь смещает голосовой диапазон в более высокие частоты. Если после этого снова вдохнуть воздух – тембр голоса опять становится нормальным. На поверхности такую речь понимают с трудом, поэтому для связи используется модератор голоса. Сами же подводные жители, пока не привыкнут, общаются с помощью записок или жестами, что очень напоминает общение глухонемых.
Безопасность обитателей подводного дома целиком зависит от тех, кто работает на суше. С земли подается электричество, пополняются запасы воздуха и еды. Выйти на поверхность самостоятельно невозможно. Любой сбой в системе снабжения, любая ошибка грозят неминуемой гибелью. Даже такая рядовая ситуация на море, как шторм, может обернуться трагедией. Так, в один из штормовых дней, когда лаборатория находилась на глубине 15 метров, резко усилилось волнение, проникнув до этой глубины. В нижней части «Черномора» находился балласт – чугунные чушки, которые начали выскакивать. Подводный дом становился все легче и легче. Его начало гнать к берегу. Экипаж оказался в смертельной опасности, поскольку резкое изменение давления окружающей среды неминуемо приводит к гибели. Водолазов надо было срочно эвакуировать и помещать в гипербарический комплекс. Времени практически не оставалось. К берегу подогнали машину, спустили веревки, чтобы можно было быстро вытащить людей через люк. На поверхности их сразу же поместили в камеру находившегося рядом гипербарического комплекса «Кролик», и, к счастью, все закончилось благополучно.
Чем глубже опускается под воду человек, тем дольше проходит декомпрессия. Так, чтобы подняться с глубины, например, 300 метров, требуется около 12 суток. Но даже такой медленный подъем в гипербарическом комплексе не позволяет на 100 % вывести пузырьки инертного газа из организма. Это приводит к целому ряду профессиональных болезней – так называемых кессонных заболеваний.
В тех местах организма, где хорошее кровоснабжение, декомпрессия обеспечивает полное очищение, но туда, где по каким-либо причинам пузырьки уже побывали, трудно добраться. Поэтому у каждого профессионального водолаза есть свои больные точки – у корней зубов, в коленных суставах. Тем не менее, эта работа не считается одной из самых опасных. Космонавты, альпинисты и водолазы находятся только во втором десятке списка опасных профессий. Первые места занимают рыбаки прибрежного лова и мотоциклисты. Но, безусловно, профессия водолаза одна из самых тяжелых. Бытует даже поговорка, что настоящий водолаз должен быть толстым, тупым и лысым. Толстым потому, что у него не будет переохлаждения, жир защитит от холода под водой. Тупым – потому что он все время должен двигаться в замедленном режиме и думать тоже не очень быстро, чтобы, не дай бог, не принять неправильного решения. Ну а лысым, вероятно, чтобы шлем было легче надевать.
Смертельная опасность никогда не была причиной, заставляющей прекратить исследования. Человек любит рисковать и побеждать. Но сейчас приходится оглядываться и на экономическую сторону дела. Поэтому прекратили свое существование американские, французские, немецкие подводные лаборатории. Погружения водолазов остались только недлительные, с целью проведения каких-то конкретных технических или аварийно-спасательных работ. Там, где это возможно, применяются роботы.
За тысячелетия своего обитания на суше человек ухитрился все уничтожить вокруг себя. Вырубить леса, уничтожить пищевые запасы, отравить экологию вокруг себя. А за спиной у нас океан, где все эти запасы как будто беспредельны. Может, действительно стоит туда переселиться? Уже сейчас в Японии, например, разработан вполне реальный проект плавучего острова.
Так, сможет ли человек жить под водой? На этот вопрос нет однозначного ответа. С одной стороны, человечество может создать подводные города и жить в них. Это будут высокотехнические сооружения, которые обеспечат себя кислородом и пищей. Но никогда не сможет человек жить в открытой воде на больших глубинах из-за кессонной болезни. И не возникнет ли тогда с человеком обратный эволюционный процесс?
В известном романе-антиутопии «Галапагосы» американского писателя Курта Воннегута потомки потерпевших кораблекрушение и оставшихся на Галапагосских островах людей в течение следующего миллиона лет видоизменились, превращатившись в тюленей: у них вытянулись тела, появились жабры. Однако не боязнь превратиться в морское млекопитающее останавливает многих исследователей Мирового океана, а возникновение подводных городов. Даже пионер в строительстве подводных домов капитан Кусто к концу жизни пришел к выводу, что этого делать не следует. Человек привык жить на земле, а морская вода – иная среда, чуждая и более агрессивная, к ней непросто привыкнуть. В океане можно решать конкретные научные задачи, совершать подводные экскурсии, но полностью переселиться в его глубины почти невозможно.
Рыба плавает по компасу
Как совершают далекие и сложные путешествия через океаны и моря рыбы? Как они ориентируются в безбрежных морских просторах, не всплывая наверх? Вопрос далеко не праздный. Много лет назад мне самому пришлось немало потрудиться над проблемой определения подводной лодкой своего места без всплытия, в подводном положении. Задача эта оказалась очень сложной. А рыбы, причем, что удивительно, низшей группы – акулы, миноги, угри, сельди, корюшки и другие, свободно ориентируются в глубинах океана и всегда попадают, куда им надо.
Современные исследователи пришли к выводу, что для такой сложной навигации рыбы, а возможно и другие морские животные, должны иметь свой биологический компас и биологические часы. При этом механизмы действия этих биологических приборов непонятны. Они должны быть связаны со способностью каких-то внутренних систем организма реагировать на факторы внешней среды. В процессе многовековой эволюции все живые организмы на Земле постепенно освобождались из-под власти случайных влияний, вырабатывая определенную защитную реакцию против них. Одновременно они учились использовать те внешние факторы, которые были постоянными или носили периодический характер. Именно такие постоянные факторы могли помочь органическому формированию двух главных приборов, необходимых каждому мореплавателю: компаса и часов. Многое ученые считают, что таким постоянным внешним фактором является магнитное поле Земли. Но как это доказать?
В далеком 1969 году, когда я еще работал в Ленинграде, в геофизическом отделе Научно-исследовательского института геологии Арктики, меня вызвала к себе начальник нашего отдела, профессор Раиса Михайловна Деменицкая (1912-1997), женщина острого и нестандартного мышления и такого же, нередко взрывного, характера. Она предложила мне вместе с группой сотрудников немедленно отправиться в Калининград, чтобы проверить это предположение экспериментально на биологической станции местного Научно-исследовательского института рыбного хозяйства и океанографии. Научная мотивировка ее инициативы была весьма необычная. В то время в большой моде были так называемые магнитные браслеты, которые якобы снижали кровяное давление и помогали успешно бороться с гипертонией. Такой же браслет носила и она, и была им очень довольна. Изложив мне научную идею нашей поездки – подтверждение влияния магнитного поля на навигацию рыб и, видимо, не встретив достаточного, по ее мнению, ответного энтузиазма в выражении моего лица, она привела в заключение главный научный довод, полностью исключающий всякие сомнения: «Видите? На меня магнитное поле действует, а на рыбу нет? Что ж я, по-вашему, хуже рыбы?» При такой постановке вопроса возражать начальству было опасно, и мы стали собираться в дорогу.
В наших опытах, которые проводились на биологической станции на Куршской косе, принимали участие биологи из Института рыбного хозяйства и океанографии В.А. Ходоровский и С.И. Глейзер. Испытуемыми были мальки европейского угря. Этот угорь населяет прибрежные воды Европы от Скандинавии до Гибралтара. Живет он обычно от 6 до 19 лет в пресной речной воде больших и малых рек. Затем взрослые половозрелые угри уходят на нерест в далекое Саргассово море, пересекая весь Атлантический океан по неизменному маршруту – с северо-востока на юго-запад. Как они ухитряются не сбиваться с пути и строго держать намеченный курс? Не зависит ли их ориентация в пространстве от земного магнитного поля? А если зависит, то как? Иначе говоря, могут ли рыбы ориентироваться по магнитному полю Земли?
Для опытов отобрали мальков, особей длиной около 10 сантиметров. Мы должны были определить влияние геомагнитного поля на их ориентацию в воде, а также определить, наблюдаются ли суточные ритмы в поведении рыбы, в ее двигательной активности. Другими словами, есть ли у угрей биологический компас и биологические часы. Опыты проводились в специальном огромном аквариуме-лабиринте, который сверху напоминает пчелиные соты. Он состоит из семи шестигранных секций, стенки которых образуют каналы, сходящиеся по три в один узел. Таким образом, рыба, двигаясь по любому из каналов, непременно окажется в узле, и ей придется выбирать один из двух других каналов, расположенных под одинаковыми углами к первоначальному пути. Если есть какой-то внешний фактор, подсказывающий рыбе, куда повернуть – направо или налево, то она повернет именно туда, а если нет, то выбор поворота окажется случайным. А это значит, что рыба пройдет все каналы лабиринта примерно одинаковое число раз. При этом все 24 канала, распределенные равномерно по площади лабиринта, параллельны трем осям, лежащим в плоскости под углами 120 градусов друг к другу.
Задача состояла в том, чтобы зафиксировать, сколько раз в определенный отрезок времени в каждый из трех каналов (а от каждого узла их отходит только три) заплывает рыба. Все случаи суммировались, и полученные величины сравнивались между собой. Если на рыбу не влияют никакие внешние факторы (запах, тепло или звук), то в каждом канале она должна побывать примерно равное число раз. Лабиринт именно так и устроен: ни свет, ни тепло, ни звук в него не проникают. Если в этих условиях есть различие в частоте появления рыбы в разных каналах, значит, на нее что-то действует извне, какой-то постоянный фактор. Таким единственным постоянным фактором является земное магнитное поле, которое должно быть однородным. Если магнитное поле меняется вдоль каждой оси, то число заплывов угря в каждый из трех каналов не изменится. Это характерное свойство лабиринта дает своеобразный внутренний контроль для экспериментов. Лабиринт устроен так, чтобы определить действие на угря лишь постоянных силовых полей. Планируя этот эксперимент, необходимо было заранее посчитать, сколько времени угорь должен находиться в лабиринте, чтобы запись его пути была наиболее достоверна. Сразу фиксировать направление движения угря или дать ему освоиться? В какой момент рыба проявит самую уверенную ориентацию? Для ответа на эти вопросы провели несколько опытов.
С момента запуска угря в лабиринт счетчик регистрировал частоту его появления на каждой из трех осей и через каждые пять минут делалась отметка времени. Угорь в лабиринте двигался непрерывно до «ночной» остановки, которая у разных угрей наступала в разное время. Десятки тысяч опытов позволили установить, что в первые пять минут пребывания в лабиринте угорь четко ориентировался по направлению запад – восток. Затем это направление сглаживалось. Создавалось впечатление, что угорь сначала «определяется» по магнитному полю Земли, а потом ведет себя сообразно новой обстановке. Если действительно на движение угря влияет геомагнитное поле, что же происходит в отсутствие этого поля?
Для компенсации земного магнитного поля лабиринт-аквариум с рыбами помещали в деревянный каркас, обмотанный медным проводом, так называемыми кольцами Гельмгольца. Проходя через обмотки такой катушки, электрический ток создавал индуцированное магнитное поле, обратное по направлению магнитному полю Земли. Так достигалась компенсация, при которой внешнее магнитное поле было равно нулю. Как только угорь появлялся в лабиринте, в течение первых пяти минут фиксировались его заплывы во все каналы. Для этого применяли специально разработанные методы подсчета, использующие расчет биноминального распределения случайных величин. Каждый цикл проводился с 24 различными особями.
Результаты опытов показали, что без влияния магнитного поля Земли вероятность появления балтийского угря на всех осях примерно одинакова. В то же время в магнитном поле Земли число перемещений угрей в направлении северо-восток – юго-запад намного больше, чем число их перемещений в других направлениях. Достоверность такого перемещения составляет 95 %. Вместе с тем частота появления угрей в направлении северо-запад – юго-восток значительно меньше средней. С той же степенью достоверности можно утверждать, что угри в симметричном лабиринте выбирают направление северо-восток – юго-запад и избегают направления юго-восток – северо-запад.
То, что эта разница в направлениях вызвана именно влиянием геомагнитного поля, наглядно подтверждается полным отсутствием направленного движения угря при его компенсации. В этом случае все направления относительно сторон света для угря становятся равноценны. Следовательно, магнитное поле Земли играет важную роль в ориентации европейского угря в океане. Это весьма интересное утверждение, в свою очередь, ставит перед учеными множество других вопросов. Например, если рыба чувствует магнитное поле, то какие различия в напряженности и в направлении геомагнитного поля она может воспринимать как разные? Иначе говоря, различает ли европейский угорь географические широты по их магнитным характеристикам?
Опыты, проведенные в Калининграде и Ленинграде, показали, что рыбы способны вводить «поправку на широту». Калининградские угри предпочитали путь с северо-востока на юго-запад, а ленинградские упорно выбирали направление северо-северо-восток – юго-юго-запад. Получается, что угорь, как опытный штурман, пользуется специфической тонкой компасной системой, различающей даже небольшие расхождения в широте. И совершенно естественным выглядит стремление рыбы выбрать преимущественное направление с северо-востока на юго-запад, совпадающее с направлением миграции в сторону Саргассова моря. Обращает на себя внимание, что эта способность наблюдается уже у мальков. Мальки угря появляются на свет, снабженные компасом для дальнего океанского плавания. Поэтому можно говорить о генетически закрепленной способности к ориентации в магнитном поле Земли, которая передается от одного поколения угрей к другому.
Во время эксперимента на побережье Балтийского моря под Калининградом был также поставлен вопрос о том, как влияет на ориентацию угря в магнитном поле время года, время суток, температура воды и ее состав. Одинаково ли ориентируются голодные и сытые рыбы? Казалось бы, что разные эти условия должны были бы повлиять на ориентацию угрей в геомагнитном поле, но наблюдения этого не подтвердили, – ничего не мешало упорному компасному чутью упрямых мореплавателей. Ну, а раз у животного, рыбы или птицы есть компас, то должны как будто быть и часы, ведь время и пространство неразрывно связаны. И еще один интересный вопрос: не влияют ли на двигательную активность угря суточные вариации магнитного поля?
Чтобы ответить на этот вопрос, специалисты Института океанологии имени П.П. Ширшова РАН предприняли попытку выявить временные ритмы двигательной активности угрей. Наблюдались периоды бодрствования, сна и активного движения рыб в течение суток. Угрей запускали в лабиринт в первые пять минут каждого часа и регистрировали все их движения. Через три дня опыт повторили. Сравнивая поведение рыбы за несколько суток, ученые выявили определенные ритмы с периодом в одни сутки. Существование суточного цикла позволило предположить, что природа снабдила угрей своеобразным «часовым механизмом». В то же время суточные вариации магнитного поля никакого влияния на двигательную активность рыб не оказали.
Таким образом, эксперименты показали, что рыбы имеют все, что необходимо моряку в океане: магнитный компас и часы. И хотя проблема навигации животных и, в первую очередь, рыб еще далека от своего разрешения, от этого она не становится менее привлекательной. Попытка решить ее на основе изучения геофизических полей в будущем может дать совершенно неожиданные результаты…