Рис. 1. Эта красивая крупная рыба — обыкновенный, или красноперый, опах, или, по-другому, солнечная рыба, — обитает на глубинах 200–400 м, ниже термоклина, охотится на некрупных рыб и кальмаров. Ее скоростные качества обеспечиваются эффективным метаболизмом. Фото с сайта petethomasoutdoors.com

Американские специалисты измерили температуру мышечной ткани солнечной рыбы, обитательницы холодных глубин. Как выяснилось, температура мышц и головного отдела поддерживается на относительно постоянном уровне и в среднем на 3–4°C выше, чем у окружающей воды. У этих рыб выработались необычные анатомические особенности, помогающие им не терять тепло. В результате рыбы способны сохранять высокую метаболическую активность мышечных тканей и сердца даже в холодных водах ниже термоклина, что превращает их в высокоскоростных хищников.

Всем известно, что рыбы — холоднокровные животные, в обиходе это устоявшийся штамп. Специалист, между тем, почесав затылок, задумчиво возразит: «В принципе, это так, но с некоторыми исключениями...». Он имеет в виду некоторых рыб, которые умеют поддерживать повышенную температуру в отдельных частях своего тела. Например, у сельдевых акул (к ним относится и страшная белая акула) и тунцов повышена температура мышц, обслуживающих, в частности, движения хвоста — основного их двигателя. У меч-рыб и их родичей марлинов и парусников подогревается область глаз и мозг. Таких «частично теплокровных» рыб насчитывается примерно 0,1% от общего рыбьего разнообразия. Тут речь не идет об общей теплокровности: рыбам в воде практически невозможно поддерживать повышенную температуру во всем теле, ведь вода обладает очень высокой теплоемкостью — всё выработанное телом тепло быстро уходит в воду. Теплокровным водным млекопитающим, чтобы справиться с этой проблемой, пришлось изобретать специальную мощную теплоизоляцию. Рыбам это не удалось.

Тем интереснее пример частичной теплокровности у красноперого опаха (рис. 1), которого называют также солнечной рыбой (Lampris guttatus). Это крупные, больше метра длиной и весом около 50 кг, красивые высокотелые рыбы. Их чешуя покрыта особым слоем гуанина, который серебристо переливается радужными оттенками, да еще украшена белыми круглыми пятнами — всё это очень впечатляет. Ярко-красные плавники придают солнечным рыбам еще более нарядный вид. Двигаются эти рыбы не только за счет хвостовой локомоции, но и за счет грудных плавников — они мощные и крупные. Живут они на сравнительно больших глубинах повсеместно в умеренном и тропическом поясе. Как выяснилось, солнечные рыбы способны сохранять повышенную температуру почти во всем теле. Как эти рыбы справляются с поддержанием температуры и какие преимущества от этого получают — на эти вопросы ответили ихтиологи из американского Юго-Западного научного центра рыболовства.

Ученые измеряли температуру у только что вытащенных на палубу рыб. Измеряли одновременно в разных точках внутри тела, так что получилась карта температуры мышц и внутренних органов (рис. 2).

Рис. 2. Температурная карта одной из вытащенных на палубу рыб. Температура измерена в 4–5 см под кожей. Масса рыбы 40 кг, длина по Смиту (fork length) 98 см, температура окружающей среды 10,5°C. Рисунок из обсуждаемой статьи в Science

Также они вживили рыбе температурный датчик в мышцу грудного плавника и отпустили обратно плавать на длинной леске. При этом леска предусмотрительно была выбрана подлиннее, чтобы рыба могла уйти на глубину, в свое естественное местообитание ниже термоклина. Ясно, что чем меньше температура воды, тем ниже может опускаться температура тела рыбы, поэтому важно было получить данные о температуре тела на глубине. Датчики наглядно продемонстрировали, что температура грудных мышц у солнечной рыбы поддерживается на относительно постоянном уровне, около 13–14°C (рис. 3). Она не опускается даже и на глубине, когда окружающая температура становится существенно ниже, снижаясь до 9–10°C.

Рис. 3. Динамика температуры мышцы грудного плавника рыбы показана красной линией. Снимались показания вживленного в мышцу датчика во время трехчасового плавания рыбы на леске. Масса рыбы 39 кг, длина 96,4 см. Черная линия — промеры глубин, на которых плавала рыба (значения глубин указаны справа), синяя линия — измерения температуры воды на этих глубинах. График из обсуждаемой статьи в Science

Тщательное анатомирование жаберной области помогло разгадать секрет этой необычно «теплой» рыбы. К жаберной области ученые обратились неспроста. Тепло вырабатывается работающими мышцами и иногда внутренними органами. А отдается это тепло воде теми частями тела, которые имеют наибольшую поверхность, то есть жабрами. Жабры должны иметь большую поверхность, так как именно через них происходит газовый обмен и кровь насыщается кислородом. Каждая жабра состоит из тысяч жаберных лепестков, и в каждом из них проходят приводящий и отводящий сосуды. Приводящий сосуд несет теплую венозную кровь, а отводящий — холодную, насыщенную кислородом. У многих рыб эти сосуды сближены, так что подогретая венозная кровь отдает тепло артериальным капиллярам, а не воде в жаберной полости. Иными словами, отдача тепла происходит до того, как теплые венозные капилляры окажутся в тесном сообщении с водой. В результате отходящая от жаберных лепестков кровь подогревается текущей навстречу венозной кровью.

Оказалось, что солнечные рыбы довели эту систему до совершенства. Венозный и артериальный капилляры у них переплетены особенно тесно, а вдоль жаберной дуги ряды теплых капилляров перемежаются с холодными и плотно прижаты друг к другу (рис. 4). Так что теплоотдача от приводящих сосудов к отводящим сосудам происходит особенно эффективно. А сама жабра обернута жировым слоем — этот слой служит теплоизолятором. Теплоизолирующий слой жировой и соединительной ткани также покрывает и мускулатуру, и это опять же снижает потери тепла. Таким образом, у солнечной рыбы поддержание повышенной температуры обеспечивается двумя взаимодополняющими способами. Первый из них — это организация передачи тепла от теплых сосудов к холодным до контакта с холодной водой в жаберной полости, а второй — теплоизоляция контактирующих с водой тканей.

Рис. 4. Расположение сосудов в жаберных элементах солнечной рыбы. На верхнем фото видна тесная укладка приводящих (AFA — afferent arteria) и отводящих (EFA — efferent arteria) сосудов в ткани жаберной дуги. Внизу показаны отводящий и приводящий сосуды в жаберном лепестке. Видно, как они близко соприкасаются перед жаберным лепестком. Изображения из обсуждаемой статьи в Science

Повышенная температура внутри тела, в особенности сердца и мозга, является безусловным преимуществом холодноводных обитателей глубин. Сердце работает существенно хуже и медленнее в холодной воде, это снижает скорость метаболизма. Реакции замедляются. То же касается и работы мозга, служащего регулятором поведения, и работы глаз — датчиков внешних стимулов. Эффективность их деятельности в холодной воде заметно снижается. Поддержание повышенной температуры позволяет солнечным рыбам оставаться быстрыми хищниками даже в холодной воде. Другие рыбы к такому не способны. Даже акулы, охотясь в глубоких водах, вынуждены часто подниматься для подогрева тканей и сердечной мышцы — иначе их скорость снижается, и охота оказывается пустой тратой сил. А солнечные рыбы избавлены от этой необходимости. Сердце у них работает эффективно и в холодной воде. С этим связано и повышенное содержание форменных элементов в крови солнечных рыб: раз сердце обеспечивает быструю перекачку крови, то и связывающие кислород элементы очень пригодятся.

Источник: Nicholas C. Wegner, Owyn E. Snodgrass, Heidi Dewar, John R. Hyde. Whole-body endothermy in a mesopelagic fish, the opah, Lampris guttatus // Science. 2015. V. 348. P. 786–789.

Елена Наймарк