По следу рыбы

Пятнистый тюлень, ларга, способен выследить и догнать экспериментальную модель подводной лодки с расстояния, значительно превышающего возможности его зрения и обоняния. Это установили в середине 90-х годов ученые одной германской лаборатории.

Как тюлень это делает? Изучение этого вопроса показало, что модель субмарины, как, впрочем, и любое другое движущееся в воде тело, оставляет за собой гидродинамический след - цепочку микроводоворотов, которые сохраняются в течение некоторого времени после прохождения тела, и по которым путь этого тела может быть прослежен, если у "преследователя" имеется для этого соответствующий прибор. У тюленя таким "прибором" служат вибриссы - чувствительные волоски на морде, которые улавливают малейшие возмущения водной среды.

Таким образом, на лицо два примечательных факта: во - первых, движущиеся в воде тела оставляют за собой следы, которые имеют некоторое время собственной жизни, и, во - вторых, у водных животных, по крайней мере у некоторых, имеются органы чувств, позволяющие им эти следы прослеживать.

Эти факты влекут за собой целую серию интересных, с точки зрения ловли рыбы, вопросов. Оставляют ли за собой следы более мелкие, чем подводные лодки, тела - такие, например, как рыбы? Есть ли у рыб "приборы", которые, подобно вибриссам ларги, позволяли бы им обнаруживать такие следы и выслеживать по ним свою добычу? Наконец, известно ли, чтобы рыбы действительно пользовались при поиске пищи подобными приемами?

Благодаря целому ряду специальных исследований, проведенных учеными разных стран за последние 10 - 15 лет, на все эти вопросы сегодня можно ответить утвердительно.

Невидимые следы

То, что плывущая рыба вызывает вокруг себя возмущения воды, вполне очевидно. Но как они выглядят? До недавнего времени для ответа на этот вопрос использовались достаточно примитивные методы.

Самый простой и наглядный - влить перед плывущей в аквариуме рыбой немного... молока. Молоко не сразу смешивается с водой и, благодаря своему контрастному белому цвету, как бы "прорисовывает" те потоки и завихрения, которые возникают вокруг и позади рыбы. Вместо молока использовались и некоторые нетоксичные красители. Но эти методы имели серьезный недостаток - они передавали только самую грубую картину, и главное - картина эта была недолговечной из-за перемешивания красителя с водой. Проследить существование следа за рыбой удавалось самое большее в течение 15 секунд, что с ним происходило дальше, оставалось неизвестным.

С середины 90-х годов ученые стали применять более изощренную технику. В аквариум с подопытной рыбой засыпались специальные мельчайшие шарики с нейтральной плавучестью. Пока рыба неподвижна, эти микро - шарики тоже неподвижно висят в толще воды (те незначительные волнения, которые создаются из-за дыхательных движений рыбы и движений ее грудных плавников, мы в расчет не берем). Но как только рыба начинает плыть, шарики приходят в движение - их увлекают движения воды, вызванные плывущей рыбой. Остается только высветить специальным светом (для этого применяется криптоновый лазер с толщиной луча около 1 мм) тонкий слой шариков, чтобы можно было заснять его на видео. Последовательно подсвечивая и снимая разные слои шариков, можно в итоге получить полную объемную картину их перемещений. На Рис. 1 показаны отдельные кадры такой видеосъемки после обработки специальной компьютерной программой. В результате этой обработки каждый шарик представлен на картинке стрелкой, показывающей, как он переместился за определенный промежуток времени. Совокупность этих микрострелок и показывает, как формируется след за плывущей рыбой.

"Шариковый" метод не только нагляден. Гораздо важнее то, что он позволяет точно определить скорости и направления смещений шариков (а, значит, после ряда дополнительных расчетов - и частиц воды) и, кроме того, дает устойчивую картину, которая существует ровно столько же, сколько существует и сам гидродинамический след.

Что же представляет собой гидродинамический след плывущей рыбы? Схематично он показан на Рис. 2 для форели. В самых общих чертах это - цепочка чередующихся кольцевых завихрений - микроводоворотов, - закрученных навстречу друг другу (A1 и A2), и узкая зигзагообразная "струя" (B), проходящая между ними.

Механизм образования кольцевых завихрений воды в гидродинамическом следе рыбы объясняется следующим образом. Рыба, в типичном случае, плывет при помощи S - образного изгибания своего тела. При этом ее тело работает, как своего рода помпа (Рис. 3) - в вогнутой зоне возникает подсос воды (S), а в выгнутой, наоборот, вода выталкивается в сторону от рыбы (P). В результате вокруг рыбы создается кольцевое, а точнее, спиральное движение воды. По мере прохождения изгиба вдоль тела, эта "спираль" также сходит назад и в конце концов срывается с хвоста, превращаясь позади него в микроводоворот (A2). Следующая "спираль" (на следующем изгибе) получается уже закрученной в противоположную сторону (A1), в результате позади рыбы и остается цепочка противоположно закрученных водоворотов.

Карась и другие

Изучение гидродинамических следов разных рыб показало, что это достаточно устойчивые и "долгоживущие" структуры. Первое обстоятельное исследование такого рода было проведено в 2000 году на карасях. В опытах использовались рыбы длиной 6 и 10 см.

Гидродинамические следы анализировали как в условиях аквариума, так и в открытом пруду со стоячей водой. Оказалось, что отчетливый след позади плывущего карася сохраняется в течение 3 минут! Собственно водовороты "живут", правда, не так долго - около 30 секунд, затем они утрачивают резкие очертания. Но и после этого движение частиц воды в пределах следа продолжается, четко выделяя путь рыбы на фоне окружающей воды. При этом, по мере своего "старения", след распространяется в стороны, достигая ширины в 20 и 30 см (для рыб длиной 6 и 10 см, соответственно).

В среднем, скорость плавания карасей в этих опытах составляла около 10 см/сек. Нетрудно пересчитать, что за 3 минуты рыба проплывала путь длиной в 18 м. Таким образом, в идеальных, правда, условиях полного штиля и неподвижности воды в водоеме, небольшую плывущую рыбу можно выследить по ее следу с расстояния в 18 м, причем взять след можно спустя 3 минуты после прохождения рыбы. Больше того, на расстоянии до 3 м от рыбы этот след образован четкими кольцевыми завихрениями. В наиболее старой части следа водоворотов уже нет, но вероятность его обнаружения увеличивается, благодаря тому, что он имеет здесь значительную - 20 - 30 см ширину.

В прошлом году, изучению по вышеописанной методике были подвергнуты сразу три вида рыб, заметно различающиеся по образу жизни и характеру плавания: родственник бассов лепомис (длина тела 8,6 см, скорость плавания в опытах от 20 до 56 см/сек), тетраодон (длина тела 3,8 см, скорость - 9 - 35 см/сек) и цихлида (длина тела 8,6 см, скорсть - 10 - 27 см/сек). Это исследование позволило наметить уже некоторые общие закономерности в формировании следов рыб. Оказалось, в частности, что время существования следа и его четкость зависят не только от размера и средней скорости плавания рыбы, но и от способа плавания. Лепомис в опытах совершал быстрые броски с резкими поворотами, его след сохранял свою обособленность в течение целых 5 минут. Цихлида плавала, в среднем, медленнее и более равномерно, время жизни ее следа - до 3 минут. Самый короткоживущий - всего полминуты - и слабовыраженный след оказался у тетраодона, хотя его скорость была вполне сопоставима со скоростью цихлиды. "Незаметность" тетраодона вполне понятна, если учесть довольно необычный механизм его плавания: у этих рыб во время плавания тело вообще не совершает боковых изгибов - двигателем у этих рыбок служат волнообразные колебания спинного и анального плавников. Кстати и ширина следа у тетраодона была самой незначительной.

Итак, сегодня мы можем с уверенностью утверждать, что плывущая рыба оставляет за собой хотя и невидимые, но вполне отчетливые следы, и что по этим следам ее можно "засечь" и выследить со значительных - порядка десятка метров и больше - расстояний, и спустя значительное - до нескольких минут - время. Используют ли эту возможность хищные рыбы во время охоты? При помощи каких органов чувств они это делают? Наконец, какое все эти факты могут иметь применение, с точки зрения рыбалки? С этими вопросами мы попробуем разобраться.