В 1995 году дайверы впервые заметили группу причудливых песчаных «кругов на полях» на морском дне вокруг острова Амами-Осима на юго-западе Японии. Но ученым потребовались десятилетия, чтобы идентифицировать морских художников, создавших их, и понять, почему они каждый год строят такие геометрически точные сооружения.
Эти круги могут достигать двух метров в диаметре и высечены в ничем не примечательном песчаном морском дне. Но это не просто круглые песчаные насыпи – они имеют гребни и борозды, расходящиеся от центральной зоны, как спицы колеса, и выглядят продуманными и хорошо сформированными. И долгие годы исследователи считали их просто одной из океанических загадок.
Этапы создания, осуществленного маленькой рыбкой с помощью ее плавников. Кавасе, Оката и Ито/Scientific Reports/(CC BY-NC-ND 3.0)
Однако, когда учёные всё же выяснили причину их появления, ответ оказался почти столь же странным. Это была впечатляющая работа небольшого самца рыбы-фугу, около 10 см в длину, принадлежащего к роду Torquigener , который кропотливо использовал свои плавники в качестве инструментов для создания этих подводных мегаструктур, чтобы привлечь самку и создать безопасную, спокойную среду для развития икры. Это настолько впечатляющее достижение, что сэр Дэвид Аттенборо даже назвал эту рыбу «вероятно, величайшим художником природы».
«Круг состоит из радиально расположенных глубоких канав во внешней области кольца и лабиринтообразных неглубоких канав в центральной области», — написали исследователи в новаторской статье, опубликованной в журнале Nature: Scientific Reports . «Во время строительства рыба-фугу многократно выкапывает канавы, начиная с внешнего края и двигаясь внутрь. Как правило, выкапывание начинается с нижних позиций и происходит по прямым линиям. Были зафиксированы положение входа, длина и направление каждой канавки. Программа моделирования, основанная на этих данных, успешно воспроизвела круговой рисунок, предполагая, что сложная круговая структура может быть создана путем повторения простых действий рыбы-фугу».
«Структура гнезда гораздо более геометрически упорядочена, чем у любых известных гнезд, построенных другими рыбами», — добавили они.
Torquigener albomaculosus в Кайкёкане, Японияタウナギ/CC0/Wikimedia Commons
Хотя мы не знаем, способна ли каждая рыба-фугу на такие сложные конструкции, ученые неоднократно наблюдали это явление у белопятнистой рыбы-фугу вида Torquigener albomaculosus в Японии. Чтобы начать строительство, самец надавливает брюхом на песчаное дно, чтобы создать центральную точку в будущем круге. Затем он многократно выкапывает песок плавниками и телом, оставляя сотни, а иногда и тысячи отметок. В ходе этого процесса в внешнем кольце, образующем характерную форму круга, начинают появляться радиальные канавки. Как только это принимает форму, рыба возвращается в центр «гнезда» и продолжает изменять поверхность, создавая лабиринтообразную структуру. Круги видны над водой, хотя они построены на морском дне на глубине от 10 до 30 метров.
В целом, структура представляет собой большое круглое «внешнее кольцо» со множеством радиально расположенных вершин и впадин, а также центральную зону, которая относительно плоская, но испещрена более тонким, лабиринтообразным узором. Центр круга также обогащается мелкими песчинками, а гребни могут быть украшены фрагментами раковин/кораллов.
Зачем прилагать столько усилий ради всего лишь временной конструкции, зависящей от течений? Дело в том, что они играют ключевую роль в размножении и выборе самки. Ученые обнаружили, что после того, как самец завершит свою работу, самки осматривают свое гнездо и другие, прежде чем выбрать наиболее привлекательную конструкцию для нереста ближе к центру круга. Самки, похоже, отдают предпочтение мелкому песку – он первым разрушается в круге, а это значит, что самец не будет использовать свой шедевр повторно, а построит новую конструкцию, когда это потребуется для следующего спаривания.
Строительство внешнего кольца самцом рыбы-фугу. (A) Фотография гнезда рыбы-фугу (заключительная стадия). (B) Траектории первых 20 (из 229) последовательных выкапываний самцом рыбы-фугу на ранней стадии, полученные путем отслеживания положения спинного плавника каждые 0,5 секунды. (C,D) Упрощенные траектории той же рыбы-фугу. Mizuuchi et al/Scientific Reports/(CC By 4.0)
В общей сложности на строительство уходит от семи до девяти дней, в течение которых самец поддерживает заданную геометрию, плавая по песку и расправляя плавники, создавая прямые сегменты. Более позднее исследование, опубликованное в журнале Scientific Reports, раскрыло больше важных деталей круга, таких как место входа самки, глубина каждой канавки и строгий порядок действий самца при создании конструкции.
В исследовании, опубликованном в журнале Fishes, более подробно описано, как строятся круги: начиная с многочисленных нерегулярных углублений, примерно ко второму дню образуется примитивный круг с радиально расположенными канавками и центральным углублением. В течение следующей недели рыба увеличивает количество гребней и долин, пока круг не будет завершен, а его внешние вершины не будут украшены. Исследователи также проанализировали движения рыб и обнаружили, что элегантность конечной структуры обусловлена не сложным познанием, а повторением простых действий — явлением, известным как «возникающая сложность».
Самец рыбы-фугу Torquigener sp. роет долину плавниками и телом. K. Ito/ Scientific Reports /(CC BY-NC-ND 3.0)
Эта конструкция также играет ключевую роль в сортировке осадка в круге, что делает его чрезвычайно функциональным и предназначенным для этой цели. Удивительно, но круглые гнезда построены не для того, чтобы «задерживать» яйца, отложенные самкой, а специально для того, чтобы способствовать удержанию определенного типа песчинок. Круглые выступы не действуют как физическая стена, удерживающая яйца на месте, но они изменяют движение воды по морскому дну и то, какие песчинки накапливаются внутри него.
Когда течение проходит над структурой, пики и впадины перенаправляют поток вбок и вокруг круга, а не прямо через его центр. Это рассеивает течение и создает более спокойную зону в середине, где скапливаются мелкие песчинки. Этот эффект обеспечивает достаточное движение, чтобы центральная область была насыщена кислородом, без сильного течения, которое в противном случае нарушило бы ее. Эксперименты и полевые наблюдения показали, что мелкие частицы песка переносятся внутрь и оседают в этой центральной зоне, образуя мягкий, безопасный участок, который самки могут использовать в качестве места для нереста.
Круги созданы для выполнения определенной функции, изменяя направление течения тока. (Kawase, Okata & Ito/Scientific Reports/(CC BY-NC-ND 3.0))
Когда самка прибывает, она осматривает круг, проплывая вдоль его гребней и над центром, прежде чем решить, откладывать ли там икру. Если ей нравится то, что она видит, она откладывает икру в мелкий песок в центре. После завершения нереста, когда икра благополучно откладывается в спокойной микросреде из мелкого песка, круг начинает разрушаться и в конечном итоге исчезает быстрее, чем был построен. Пока самец остается, чтобы наблюдать за развивающейся икрой, рыба не пытается поддерживать круг — и когда наступает следующий цикл размножения, она снова построит совершенно новое гнездо где-нибудь в другом месте.
«После нереста самцы оставались в круглой структуре в течение шести дней, чтобы ухаживать за икрой», — отметили ученые в этом знаменательном исследовании. «В этот период они не занимались рытьем или другими работами по поддержанию радиально расположенных вершин или долин. В результате структура постепенно разрушалась и сглаживалась водными течениями, становясь почти плоской. Кроме того, мелкие частицы песка рассеивались и заменялись более крупными частицами, которые покрывали место гнездования. После вылупления икры самцы покидали место гнездования и вскоре появлялись в районе наблюдения для следующего репродуктивного цикла. Однако они никогда не возвращались на старое место гнездования, а вместо этого начинали строить новую круглую структуру на другом участке».
Хотя большая часть наших знаний об этих кругах получена благодаря работе с T. albomaculosus , которая заставила ученых предположить, что этот вид может быть уникальным в строительстве своих сложных песчаных замков, исследование 2020 года перевернуло эти представления, когда исследователи обнаружили, что неопознанная рыба-фугу также строит эти круги на больших глубинах у побережья северо-западной Австралии. В ходе исследования гибридный автономный подводный аппарат (HAUV) записал видео высокого разрешения и батиметрические данные о 21 круговом образовании, которые выглядели поразительно похожими на те, что наблюдались у берегов Японии. Эти круги, впервые обнаруженные в австралийских водах, были построены на глубине не менее 129 м (423 фута) – и более чем в 5500 км (3418 милях) от тех, что наблюдались у берегов Японии.
До сих пор неизвестно, строят ли другие виды рыб-фугу, такие как Torquigener flavimaculosus, столь же сложные гнездовые сооружения. (Martijn Klijnstra/Wikimedia Commons)
«Такое открытие не только вызывает интерес и удивление у ученых и широкой публики, но и дает представление о репродуктивном поведении и эволюции рыб-фугу во всем мире», — отметили исследователи.
Для подтверждения того, являются ли австралийские «строители» популяцией T. albomaculosus или одной из рыб-фугу, обитающих в водах на такой глубине – в частности, T. parcuspinus , T. tuberculiferus и T. pallimaculatus , – необходимы образцы, поэтому мы не знаем, широко ли распространены эти замысловатые проявления любви в роде или это лишь работа одного талантливого вида.
В 2022 году ученые создали 3D-модель знаменитого оригинального «загадочного круга», подробно описывающую невероятную работу самцов рыбы-фугу, которые используют законы физики и природы для размножения в сложной подводной среде.
Вы можете увидеть, как рыба-фугу строит свое замысловатое гнездо, в одном из эпизодов BBC Earth, озвученном Аттенборо.
«Круги на полях» из рыбы-фугу — «История жизни»: анонс 5-го эпизода — BBC
