Почему тунец обречен плыть с открытым ртом всю жизнь

Каждый житель России видел стейки тунца на прилавках: темно-красные, плотные, по структуре волокон неотличимые от говяжьей вырезки. В океане эта рыба вырастает до трех-четырех метров в длину, набирает массу свыше полутонны и развивает скорость до 75-80 километров в час. При таких физических данных тунец полностью лишен возможности, доступной даже обычному речному карасю: он физически не способен зависнуть на одном горизонте или замереть в толще воды. Если эта рыба прекратит движение вперед хотя бы на пару минут, в ее тканях начнется острая гипоксия, которая быстро приведет к гибели.

С момента выхода из икринки и до естественного конца тунец плывет вперед днем и ночью, не имея пауз на отдых. Эволюция поставила этот вид в предельно жесткие условия, убрав сразу два базовых механизма, на которых держится жизнь большинства рыб: автономный жаберный насос и плавательный пузырь. Чтобы не опуститься на дно и непрерывно снабжать кровь кислородом, хищник держит челюсти приоткрытыми круглые сутки. Но истинная сложность такого образа жизни открывается, когда биологи начинают считать суточные энергозатраты этого непрерывного движения.

Как устроен механизм таранной вентиляции

Обычная пресноводная или морская рыба дышит с помощью согласованной работы челюстей и жаберных крышек. Сначала она приоткрывает рот, расширяет ротовую полость, затягивая порцию свежей воды, а затем плотно смыкает челюсти и мышцами выталкивает жидкость через жаберные щели наружу. Этот механизм ихтиологи называют буккально-оперкулярной помпой. Благодаря такой мышечной помпе щука или судак часами неподвижно караулят добычу в камышах, вообще не шевеля плавниками.

У взрослого тунца эти челюстные мышцы атрофированы. Рыба физически не может сокращать жаберные крышки с усилием, достаточным для самостоятельной прокачки нужного объема воды. Дыхание происходит пассивным способом: рыба плывет вперед с приоткрытой пастью, и встречный поток воды под давлением собственного движения заходит внутрь, омывает жаберные пластины и выходит наружу. В гидробиологии этот процесс называют облигатной таранной вентиляцией жабр.

Такой отказ не был дефектом: он решил прямую задачу снижения расхода сил. Постоянная работа щечных мышц забирает у обычной рыбы до 15 % всей энергии, которую та получает из пищи. К тому же открывающиеся в стороны жаберные крышки создают сильное сопротивление встречному потоку и тормозят движение. Избавившись от необходимости двигать челюстями, тунец получил обтекаемую форму головы с минимальным сопротивлением, но попал в пожизненную кабалу от собственного хода.

Если темп перемещения тунца опускается ниже двух-трех километров в час, давление входящего водного потока резко падает. Жабры перестают насыщать кровь, гемоглобин теряет кислород, и рыба начинает задыхаться. Чтобы снизить риск гипоксии, площадь жаберных пластин у тунца развилась в 30 раз шире, чем у трески аналогичной массы, а стенки кровеносных капилляров предельно истончились. Однако дыхание на ходу — это лишь половина проблемы, потому что следом начинает действовать земное притяжение.

Закон гравитации и отрицательная плавучесть

Плотность мышечной ткани и плотного скелета тунца составляет около 1,08 грамма на кубический сантиметр, тогда как средняя плотность морской воды держится на уровне 1,026 грамма. Это создает постоянную отрицательную плавучесть: тунец ощутимо тяжелее воды и в неподвижном состоянии немедленно начинает погружаться. У большинства костистых рыб эту разницу компенсирует плавательный пузырь — внутренний резервуар с газом, который уравнивает плотность тела с окружающей средой.

У взрослых синепёрых тунцов плавательный пузырь отсутствует либо сведен к сухожильному остатку. Причина кроется в глубине их охоты: тунец регулярно ныряет за добычей с поверхности на глубину до 500 метров за считанные секунды. На такой глубине внешнее давление воды достигает 50 атмосфер. Если бы у тунца сохранялся газовый пузырь, при резком погружении гидростатическое давление расплющило бы внутренние органы, а при стремительном подъеме расширяющийся газ разорвал бы брюшную полость.

Лишившись воздушного балансира, тунец удерживает горизонт исключительно за счет мышечной тяги. Жесткие грудные плавники выставлены под фиксированным углом к набегающему потоку. Пока хвостовой стебель толкает тело вперед, набегающая вода натекает на плавники снизу и создает направленную вверх гидродинамическую силу, компенсирующую тяжелый вес. Стоит рыбе остановиться, подъемная сила исчезает, и туша весом в несколько центнеров начинает падение на дно со скоростью до полуметра в секунду.

Здесь возникает закономерный вопрос: как организм справляется с такой нагрузкой годами и когда эта рыба спит?

Полноценного сна с неподвижностью у тунца не бывает. Для отдыха рыба переходит в режим пониженной активности: снижает частоту взмахов хвоста до минимально безопасного уровня и закладывает широкую дугу. Нередко стая находит устойчивое морское течение и встает носом против встречной воды, которая промывает жабры без лишних усилий со стороны рыбы. Но даже в таком дежурном режиме тело расходует много энергии, которую тунец восполняет благодаря редкому терморегуляторному механизму.

Терморегуляция и мышечная система

Школьный курс биологии относит всех рыб к пойкилотермным, то есть холоднокровным животным, температура тела которых жестко зависит от внешней среды. Если температура воды составляет плюс пять градусов, органы обычной сельди или трески остывают ровно до тех же пяти градусов. Однако синепёрый тунец нарушает эту закономерность: температура его глубоких мышц, мозга, глазных яблок и сердца стабильно держится на уровне 25-33 градусов тепла даже в холодных водах Охотского моря у берегов Сахалина, куда он заходит на нагул за иваси и кальмаром.

Эта способность называется региональной эндотермией. Она работает за счет сосудистого сплетения, которое ученые называют «чудесной сетью». Это плотный клубок сотен параллельных артерий и вен вдоль позвоночника, функционирующий по принципу противоточного теплообменника. Мышцы тунца от постоянной работы нагреваются сами по себе, и венозная кровь несет это тепло обратно к центру тела. Проходя через сосудистую сеть, вены передают тепло встречным артериям, несущим холодную кровь прямо от жабр.

Тепло задерживается внутри тела и не уходит в холодную воду. Разогретые мышечные волокна сокращаются в три раза быстрее и выдают втрое больше механической силы, чем ткани обычной рыбы. Чтобы снабжать эту мускулатуру кислородом, в ней содержится высокая концентрация белка миоглобина. Он удерживает запасы кислорода непосредственно в мышечных клетках и придает мясу тунца темно-красный цвет говядины.

В итоге формируется замкнутая цепочка физиологических связей: чтобы дышать, тунец обязан постоянно плыть вперед с приоткрытым ртом; чтобы не опускаться на дно под собственным весом, ему нужны сильные разогретые мышцы; а для поддержания высокой температуры тела требуется безостановочное движение.

Эволюция создала предельно выносливое морское животное, но отобрала у него базовую возможность — право на минутную передышку.