Морские супергерои: клоун против слизи

Праздничный вид кораллового рифа — сплошной обман. На этом нарядном фоне разворачивается жизнь, полная смертельного соперничества и сказочных драм. За блестящими фасадами тянутся мрачные лабиринты, напоминающие закоулки Готэм-Сити. На роль местных «Джокеров» раки-богомолы подходят идеально: раскрашенные, словно ополоумевшие клоуны, они так же склонны к истерическим вспышкам агрессии. Эти высоко территориальные членистоногие социопаты, не раздумывая, набрасываются на любого, кто сунется к ним, нанося тяжелые удары.

Вторая пара их грудных конечностей преобразована в самые мощные инструменты ближнего боя, какие только существуют в природе. Щелчок, нанесенный раком-богомолом, способен оставить серьезный синяк или разбить стенку аквариума. При средних размерах тела в 20 см и массе около 100 г сила ударов этих животных достигает 1500 Н, а скорость движения конечности — более 20 м/с. Для сравнения, удар боксеров олимпийского уровня — это 3400 Н и 9 м/с, — а ведь они находятся в совсем других весовых категориях. Неудивительно, что раки-богомолы расположились у вершины «пищевой пирамиды» кораллового рифа.

Клоун-психопат наносит удар Roy Caldwell, American Scientist

К этой обширной группе относят более 450 видов из 15-ти родственных семейств, которые по способу добывания пищи делятся на две группы. У «копейщиков» рабочие клешни оканчиваются острыми и длинными остриями, которые выбрасываются, словно лезвие пружинного ножа. Эти раки предпочитают охотиться, нападая из засады на сравнительно мягкую добычу — в основном, рыбу, — протыкая ее насквозь одним броском. Клешни «ударников» напоминают маленькие и злые молоточки, которыми те, предварительно примерившись, проламывают раковины моллюсков.

Смертельный щелбан

Несмотря на силу удара, раки-богомолы не могут похвастаться могучими трицепсами — их «гарпуны» и «молоточки» ускоряются за счет обыкновенной механики. Процесс напоминает стрельбу из лука: попробуйте метнуть стрелу рукой — вам никогда не добиться такой силы броска, как при использовании лука. Его упругость позволяет не спеша набрать куда больше механической энергии и выбросить ее одним расслаблением пальцев. В боевой конечности их функции выполняет твердый крючок из минерализованной ткани, который сбрасывается расслаблением небольшой мышцы, позволяя пружине расслабиться и высвободить энергию.

Роль пружины — собственно, самого лука — у раков выполняет крошечная седловидная структура, которая облегает следующий, расположенный ближе к телу сегмент боевой конечности. Она состоит из двух слоев, минерального (из кремниевой «керамики») и органического. Твердый минеральный слой способен накапливать много потенциальной энергии, а упругая белковая основа позволяет ему не разрушаться и не трескаться даже при сильной деформации. Седло изгибается в продольном направлении, органический слой растягивается — и вся структура накапливает упругую потенциальную энергию.

Barbara Aulicino, American Scientist Одинаковые цвета на схеме показывают гомологичные, выполняющие схожие функции элементы в механике стрельбы из лука и ударе раков-богомолов

Раки-«молотобойцы» наносят удар на порядок быстрее «копейщиков». Ускорение их конечности достигает 100 км/с2, позволяя приколотить жертву, даже не заботясь о точном попадании. Дело в том, что такое стремительное движение сквозь воду оставляет за собой область пониженного давления, где появляются и моментально гибнут крошечные, заполненные паром пузырьки. Возвращаясь к обычному высокому давлению, они коллапсируют, создавая ударную волну, которая наносит жертве еще один оглушающий толчок.

При этом выбрасывается столько энергии, что в воде вспыхивают короткие световые импульсы, которые сопровождают коллапс кавитационных пузырьков. Недаром, едва заметив приближение рака-богомола, моллюски тут же захлопывают раковины и вцепляются в створки изо всех сил, надеясь на защиту их толстых стенок. И только небольшие Ctenoides неожиданно распахивают обе створки перед хищником, открывая ему свое мягкое, переливчатое тело. А дальше происходит странное: убийца забывает, что уже взвел свое смертельное оружие, — и, озадаченный, надолго замирает в полной неподвижности.

Ракушка в стиле диско

Небольшие двухстворчатые моллюски рода Ctenoides ales известны опытным аквариумистам: при должном навыке их вполне можно содержать в неволе, время от времени наблюдая замечательные световые эффекты. Как и многие другие обитатели морей, эти животные способны к свечению. Их мягкое тело сияет огнями, которые видны даже невооруженным глазом и дали Ctenoides неформальные прозвища «моллюсков-диско» (disco clams) и «электро-ракушек» (electric scallop).

В отличие от большинства других светящихся существ, излучение «моллюсков-диско» никак не связано с протеканием химических реакций и прочей биолюминесценцией. Несколько лет назад было показано, что эти обитатели мелководья сияют отраженным светом, подобно Луне. Биолог из Калифорнийского университета Линдси Догерти (Lindsey Dougherty) выяснила, что некоторые клетки Ctenoides способны формировать из диоксида кремния микроскопические сферы диаметром около 300 нм. Крошечные стеклянные шарики усеивают определенные участки мантии по краям распахнутых створок раковины.

Okinawa Churaumi Aquarium

Медленно пошевеливая ими, моллюск заставляет наносферы переливаться короткими белыми вспышками. Насколько известно, такой механизм используют лишь два вида двухстворчатых, Ctenoides ales и их близкие родственники Ctenoides scaber. У головоногих он встречается чаще, но, в отличие от них, «диско-моллюски» отражают излучение во всем оптическом диапазоне. Это и придает их огням белый цвет, особенно яркий на темно-красном фоне мягких тканей в просвете полуоткрытой раковины.

У самих Ctenoides имеется несколько десятков глаз, однако они слишком слабы и неспособны заметить световую дискотеку, даже если ее устроит близкий сосед. Вся эта красота предназначается вовсе не родственникам — она служит для привлечения мелкого зоопланктона, которыми питаются Ctenoides, а также, видимо, в качестве защиты от безумства хищных раков. Эксперименты показали, что если в аквариум к «электро-ракушке» подсадить арлекинового Odontodactylus scyllarus, он попробует сблизиться с ней, — однако, всмотревшись в свечение между раскрытыми створками, впадет в кататонический ступор.

Слишком много видеть

Надо сказать, что зрение раков-богомолов еще удивительнее их ударной техники и считается самым сложным во всем живом мире. Глаз у них всего два, однако двигаются они независимо друг от друга, и в каждом чернеют по три зрачка — по одному в двух полусферах, плюс еще один в узкой полосе на их границе. Каждая из полусфер составлена тысячами фасеток, омматидий, включающих многие сотни светочувствительных клеток. Такие составные глаза не слишком подходят для острого зрения и различения тонких границ между предметами. Зато они обеспечивают быстрое восприятие движения и широкое, полное поле зрения.

Три зрачка формируют объемное изображение, позволяя каждому глазу самостоятельно и точно оценивать дистанцию до цели. А омматидии срединной линии, которые тянутся несколькими рядами вдоль «экватора», специализируются на восприятии цветов и поляризации. И если человеческое зрение, которым мы так привыкли гордиться, использует четыре типа палочек и колбочек, то у раков-богомолов может быть от 12 до 16 видов рецепторных клеток. Вооруженные разными чувствительными и светофильтрующими белками, они способны воспринимать излучение в диапазоне от глубокого ультрафиолета и до инфракрасного.

Глаза раков-богомолов чувствительнее в синей области спектра, но в инфракрасной недалеко ушли от наших: ИК-лучи быстро рассеиваются водой, и уже на нескольких метрах глубины их практически не остается

Впрочем, способность этих членистоногих различать тонкие оттенки вызывает сомнения. Они не заметят разницу между волнами, длины которых отличаются менее чем на 25 нм. Предполагается, что это упрощает и ускоряет обработку огромного потока зрительной информации. Объемы ее действительно колоссальны: помимо непонятного нам набора цветов, раки-богомолы воспринимают поляризацию света, а некоторые виды замечают даже круговую поляризацию. Считается, что определенные участки их панциря закручивают отраженную волну спиралью, ярко объявляя о присутствии животного всем его соседям и родственникам. При этом для посторонних жителей рифа, неспособных видеть круговую поляризацию, притаившийся рак остается ничем себя не выдаст.

Более того, вооруженные молотками Gonodactylus smithii могут различать все четыре линейных и два круговых компонента поляризации электромагнитной волны, — практически, видеть ее «форму». Недоступная нашим глазам, она предоставляет ракам такую же полную важных сведений картину окружающего мира, как и цвета. Остается вопрос, что делать дальше с этим потоком данных. Он явно избыточен для примитивной нервной системы членистоногих, которая никак не дотягивает до великолепия человеческого мозга.

Баг на уровне железа

Предполагается, что именно его и заменяет фантастический зрительный аппарат раков-богомолов. Вместо великого множества высоко специализированных нейронов головного мозга, которые заняты обработкой, переработкой и обобщением зрительных сигналов у нас, они используют множество высоко специализированных рецепторов. Задача первичной обработки информации переносится с «программного» уровня мозга на «уровень железа», на воспринимающие клетки глаз. Это дает животным необычное, но в целом не такое уж и потрясающее зрение. И если уж наш хитроумный мозг то и дело обманывается оптическими иллюзиями, то и у сложных глаз раков-богомолов должны быть собственные слабости.

Предполагается, что именно эти «баги», словно умелые гипнотизеры, используют «диско-моллюски» для того, чтобы осадить агрессивного хищника и ввести его в ступор минут на 15. Что переживают охваченные переливчатым свечением членистоногие? Видят ли неясные пугающие вспышки? Чувствуют ли мурашки, пробегающие под панцирем? Это мы вряд ли узнаем, хотя механизм необычного воздействия когда-нибудь наверняка будет открыт во всех интересных деталях. Быть может, он даст нам самим новые возможности контролировать поведение раков? В конце концов, развитый мозг куда лучше даже самого необычайного зрения.