Методика морских биологических исследований

Методика океанологических работ многообразна и часто очень сложна.

О ней можно было бы писать целые тома. Каждый раздел науки о море имеет свои методы сбора и обработки материала. Оборудование экспедиционного корабля для исследовательских работ — это целая наука, требующая чрезвычайной точности и большого опыта.

На палубе корабля располагаются в разных его частях многочисленные лебёдки, от маленькой глубомерной вьюшки Люкаса с тысячами метров тонкой фортепианной проволоки для измерения глубин и эхолотов, прощупывающих морское дно до наибольших глубин, до мощных 10- и 15-тонных траловых лебёдок с витым стальным тросом (ваером) толщиной в несколько сантиметров. Впрочем, теперь глубину лотом уже почти не измеряют — сложные эхолоты, аздики, автоматически и точно не только сообщают о глубине, но и обо всех подводных предметах, находящихся вокруг корабля.

Повсюду на палубе и в каютах различные приборы для производства метеорологических, гидрохимических, гидрологических, гидрофизических, геологических и биологических наблюдений. Малоопытный человек запутается в этом сложном и многообразном оборудовании.

Экспедиционный корабль уходит в море, имея определённое задание. Экспедиция, следуя своим маршрутом, часть работ производит, не замедляя хода судна. Самописцы многочисленных приборов, постукивая часовыми механизмами, чертят на своих барабанах прихотливые линии. Большинство же работ требует для своего производства остановки. Машина стопорится, и несколько часов, иногда сутки, корабль стоит на якоре, или медленно дрейфует по течению. Пользуясь особыми приспособлениями, можно стать на якорь на любой океанской глубине.

Такие остановки называются «станциями». За 15–20 лет работы карта моря покрывается сотнями и тысячами станций.

Часть работ производится на тихом ходу корабля. Работа в морской экспедиции — это тяжёлый и очень напряжённый труд. В любое время суток, в любую погоду быстро и точно должны производиться наблюдения — корабль не может ждать. Отдельные станции бывают разделены расстоянием в 10—20—30 морских миль. Корабль проходит это расстояние за 1–2 часа. И снова станция. Особым сигналом команда и научные сотрудники оповещаются об этом. Все занимают свои места у лебёдок и приборов. В определённой последовательности, а частично и одновременно, выполняются все работы.

Когда корабль останавливается для производства суточной станции, наблюдения ведутся через равные промежутки времени. Окончена станция, но работы ещё много. Необходимо разобрать весь материал, написать этикетки, зафиксировать, всё тщательно записать в дневники и журналы. И нередко только-только закончат работу с одной станцией, как начинается уже следующая. Иной раз по нескольку суток почти не приходится сомкнуть глаз. Поэтому участники морских экспедиций больше любят не очень быстроходные суда, делающие, примерно, по 8–10 миль в час.

Как же и какими приборами собирают свой материал биологи во время экспедиций?

Каждый прибор (рис. 6) рассчитан на сбор различных групп организмов, населяющих море от его поверхности до дна. Одни из них очень велики, другие чрезвычайно малы и видимы только в самые сильные микроскопы; одни движутся с большой быстротой, другие неподвижны; одни роются в грунте дна, другие ползают по нему, третьи плавают над дном, а четвёртые вдали от дна и берегов. Для того чтобы обловить всех этих животных, нужны приборы самой различной конструкции. Но мало сказать, что здесь или там обитает тот или иной организм; современная океанология требует ответа на вопрос — сколько таких организмов живёт в море, т. е., как говорят, ставится задача не только качественного анализа, но и количественного учёта. Поэтому и все приборы для сбора морских организмов делят на качественные и количественные. Первые дают ответ только на вопрос, какие организмы выловлены, вторые — на вопрос, сколько этих организмов приходится на определённую площадь дна или на определённый объём воды.



Все организмы, обитающие в воде, независимо от того, будет ли это океан или маленький пруд, делят прежде всего на планктон и бентос (от греческих слов planktos, что значит — носящий, парящий, и benthos, что значит — морская глубина).

Общим понятием планктон объединяют организмы, в большинстве мелкие, лишённые сильных органов движения, более или менее пассивно переносимые вместе с водой, а также иногда организмы более крупные, способные передвигаться на большие пространства, называемые обычно нектоном (от греческого слова nektos, что значит — плавающий) (рис. 7). И те и другие — обитатели водной толщи. К планктону относятся одноклеточные водоросли (фитопланктон) и одноклеточные или мелкие многоклеточные животные — инфузории, яйца и личинки различных животных, мелкие ракообразные и многие другие (зоопланктон).



Планктону и нектону можно противопоставить бентос — совокупность организмов, живущих на дне, либо на грунте, либо внутри его (рис. 8).



Совершенно очевидно, что каждая из этих трёх больших групп в свою очередь может быть разбита на несколько второстепенных категорий. Так, среди планктонных организмов можно различать самые мелкие формы— наннопланктон (от греческого слова nannos — карлик), размером не свыше 50 [х]. Более крупные планктонные организмы (50–1000 ц) называются микропланктоном (от mikros — маленький), ещё более крупные (1–5 мм) — мезопланктоном (от mesos — средний). Формы, превышающие размерами 5 мм называются макропланктоном (от makros — большой). Выделяют ещё группу мегалопланктона (от megalos — громадный), в которую входят, например, самые крупные медузы-сифонофоры и ктенофоры, достигающие иногда размеров в несколько метров и притом лишённые сильных органов поступательного движения.

Те же размерные группы, что и для планктона, можно найти и в бентосе. С одной стороны, это микроскопические одноклеточные диатомеи и корненожки, с другой — очень крупные (до 2 м): крабы, черви и моллюски. Меньшей разницей в размерах обладают формы нектона. Самые мелкие рыбы всё же имеют размеры в несколько сантиметров, самые крупные — киты — могут иметь в длину до 30 м.

Планктон собирают так называемыми планктонными и пелагическими сетками (рис. 9), нектон — рыболовными сетями и рыбными тралами, бентос— драгами, тралами и дночерпателями.



Уже почти 200 лет ведётся изучение планктона. Началось оно тогда, когда профильтровали морскую воду через мелкое шёлковое сито и обнаружили в нём множество мельчайших растительных и животных организмов. Почти с самого начала для изготовления планктонных сетей стали пользоваться так называемыми мельничными ситами, сплетёнными из шёлковых нитей. Через сито отсеивают муку, сортируя её по размеру крупинок. Сита различают по номерам.

Каждому номеру соответствует строго определённый размер ячеи от 1,5 мм до 0,064 мм (или 64 [х]). Более мелких сит для отсева муки не существует.

Таким образом, даже через самое мелкое шёлковое сито пройдёт вся главная масса наннопланктона (рис. 10).



Чем крупнее сито, тем больше мелких организмов через него пройдёт.

Равномерно обловить все компоненты планктона одной сеткой нельзя.

Поэтому планктон собирают разными сетками: одними ловят более крупные формы, другими — более мелкие.

Планктонная сетка представляет собой длинный конический мешок, надетый на медный обруч. К обручу привязаны поводки, собранные впереди на одно кольцо, к которому привязывают трос. Крупное сито фильтрует хорошо, мелкое — плохо.

Чтобы планктонная сетка профильтровала всю воду, вошедшую через входное отверстие, следует увеличить фильтрующую поверхность (длину сетки) и уменьшить входное отверстие. Сетки с большим отверстием и малой фильтрующей поверхностью называют качественными — они дают представление о составе планктона, но не годятся для определения его количества. Вокруг входного отверстия сетки образуются водовороты, и значительная часть воды с содержащимися в ней животными в сетку не попадает. У количественных сетей делают маленькое входное отверстие, а самую сетку делают длиной в 2–3 м.

Зная, какое расстояние планктонная сетка прошла в воде и какую площадь имеет отверстие сетки, можно определить, какой объём воды прошёл через неё, а стало быть, и вычислить, сколько и каких организмов содержится в определённом объёме воды.

Для сбора планктона сетями производят горизонтальные и вертикальные ловы. При горизонтальном лове сетку просто тянут на определённой глубине за лодкой или судном. Вертикальные ловы делают на стоянке (станции). Сетку опускают на определённую глубину и затем медленно поднимают, чтобы обловить тот или иной горизонт, например с 2 000 м до 1 000 м глубины. Подняв сетку на нужную глубину, по тросику пускают вниз грузик, который ударяет по особому механизму, и сетка замыкается. Так можно облавливать не всю толщу воды, а по слоям.

Размеры сеток бывают разные. Для лова мезо- и макропланктона делают сетки с отверстием в 2–3 м. Советские экспедиции пользуются громадными пелагическими сетками с диаметром отверстий в 6—1м (рис. 11).



Помимо сеток, которые протягивают на большие расстояния, планктон собирают ещё и планктонособирателем.

Это большой цилиндр (ёмкостью 25 или 50 л), несколько напоминающий китайский фонарик, стенка которого сделана из того же мельничного сита, а сверху и снизу имеются две металлические крышки. Прибор опускается вниз в открытом виде: сетка спущена вниз к нижней крышке. Опустив план-ктонособиратель на нужную глубину, по тросику посылают гирьку, которая, ударив по верхней крышке прибора, приводит в действие особый механизм. Сетка подтягивается к верхней крышке и задёргивает прибор с боков, именно так, как закрывается китайский фонарик. Когда прибор поднят на палубу, содержимое его выпускается в банку через кран, находящийся в центре нижней крышки.

Планктонособиратель даёт возможность точно учесть количество планктонных организмов в определённом объёме воды, но стенки его сделаны из мельничного сита и самые мелкие компоненты планктона сквозь него могут уйти.

Для сбора наннопланктона применяют так называемый осадочный метод. Взятый с определённой глубины при помощи гидрологического батометра образец воды в 1–2 л целиком переливается в большую бутыль и фиксируется формалином. Через некоторое время все организмы, в том числе и самые мельчайшие, оседают на дно, после чего их осторожно выбирают стеклянной пипеткой, переносят в баночку, определяют и пересчитывают.

Пользуются для учёта наннопланктона и центрифугированием образцов воды, но в стаканчики центрифуги вмещается всего несколько кубических сантиметров воды, а осадочный метод даёт организмы из большого объёма воды (1–2 л).

Все описанные приёмы сбора планктона непригодны для бактерий, — для их вылова и учёта существуют особые приборы.

Пробирка с тонким оттянутым носиком, запаянным после того, как из неё выкачан воздух и сама она простерилизована, в особой раме опускается на нужную глубину. Посыльным грузом, скользящим по тросику, отбивается носик у пробирки, и она наполняется водой. Вода из пробирки, вынутой на борт судна, переносится на питательные среды, на которых вырастают колонии из бактерий, бывших в пробе. Иногда всю пробу профильтровывают через мембранный фильтр, на котором и остаются все бактерии, бывшие в пробе. Вместе с мембранным фильтром их фиксируют, окрашивают и просчитывают под микроскопом.

Иначе устроены приборы для сбора растений и животных, обитающих на дне. Их тоже можно разделить на качественные и количественные. Качественные орудия сбора бентоса — это драги и тралы (рис. 12). По своей конструкции — это, так же как и планктонная сетка, сетяной мешок на металлической раме, но только и рама, и сетка очень крепкие и тяжёлые: ведь они предназначены для волока по дну среди камней и грунта и поднятия на палубу корабля иногда свыше тонны груза.



Драга — орудие очень большой древности. Издавна ею собирали в море разных моллюсков, в частности устриц. С устричной драги и скопировали биологи свою драгу двести лет назад. Таким образом, и планктонная сетка, и драга стали применяться биологами почти одновременно.

Итак, драга и трал представляют собой мешок из крепкой сетяной дели (с ячеей в 1–1,5 см)у прикреплённый к тяжёлой металлической раме. Драги и тралы различаются между собой конструкцией рамы. У драг рамы более тяжёлые и снабжены зарывающимися в грунт, подобно плугу, «ножами». Рамы трала более лёгкие и скользят по грунту, забирая его в гораздо меньшей степени, чем драга. Они захватывают только поверхностный слой. По форме рамы различают драги треугольные, четырёхугольные и овальные.

Рамы тралов имеют характер как бы салазок, они только поддерживают мешок над грунтом, а животные и грунт загребаются передним краем нижней стороны мешка, к которому прикреплён отрезок стального троса или цепи Если материал собирают у самого берега, то пользуются сачком и скребком. Этот последний устроен так же, как и сачок, только гораздо крепче его, и с особо прочным скребущим краем в виде ножа. Скребком можно сдирать животных и растения с камней и свай на небольшой глубине.

И тралы, и драги — качественные орудия лова, мы ими набираем много разных растений и животных, но мы не можем установить, какое их количество живёт на определённой площади дна.

Это можно сделать при помощи совсем иначе устроенных приборов, называемых дночерпателями (рис. 13).



Дночерпатели применены к сбору животных только около 40 лет назад, но и они не придуманы биологами самостоятельно, а скопированы с тяжёлых автоматически захлопывающихся черпаков, применяемых для различных технических целей. Дночерпатели, несмотря на свои небольшие размеры, имеют большой вес — 50 —80 и даже 300 кг. Они опускаются на дно прямо сверху на тросе в открытом виде и, становясь на грунт, захватывают площадь в 0,10–0,25 кв. м. Когда прибор становится на дно, он освобождается от того кольца, на котором висел, и, поднимаемый на другом тросике, захлопывается, загребая грунт со всеми находящимися на нём и в нём организмами. Такую пробу называют количественной.

Всё, что приносят драга, трал или дночерпатель, вываливают на промывательное сито. При последующей промывке грунт уходит через сито с водой, а животные и водоросли остаются на сите. Сито представляет собой медную сетку с ячеей 1–1,5 мм, набитую на деревянную раму. Можно устроить несколько сит, одно над другим, и каждое нижнее должно иметь более мелкую ячею; таким образом мы можем рассортировать животных по размерам — на верхнем сите останутся самые крупные, на нижнем наиболее мелкие. Хорошо отмытый материал сортируется по группам, раскладывается по баночкам, этикетируется и фиксируется спиртом или формалином для последующей обработки в лаборатории.

Для сбора крупных водорослей, иногда крепко прикреплённых к грунту, пользуются особым прибором — «канзой», также заимствованным из практики. Китайцы при помощи «канзы», возможно уже не одну тысячу лет, собирают свою «морскую капусту» — водоросли ламинарии.

Несколько особняком следует поставить орудия лова донных животных, называемые ловушками. Применяются подобные орудия и для лова рыбы и называются обычно вершами. Такая ловушка укрепляется на дне, в неё иногда кладут приманку. Отверстие ловушки устроено по принципу мышеловки — войти в неё легко, а выйти трудно.

Не менее сложны и многообразны орудия лова рыбы. Конечно, в небольшом числе мелкие рыбки попадаются в драги и даже в дночерпатели, но для сбора рыбы пользуются иными приборами.

Здесь также можно различать качественные и количественные орудия сбора, а кроме того, орудия пассивного и активного лова.

Орудия пассивного лова — это плавные (рис. 14) и ставные сети. Они в то же время являются, как говорят, «жаберными» сетями — их ячея по размерам соответствует толщине тела рыбы, на которую они рассчитаны, на уровне жаберных крышек. Рыба застревает в ячеях сетки головой.



Плавные сети вымётываются обычно на ночь, к дну они не прикреплены, они удерживаются «на плаву» и медленно дрейфуют вместе с течением (их называют также дрифтернымти и сетями).

Ставные, или донные, сети ставятся на якорях у дна. Такими сетями ловят, между прочим, и камчатского краба в водах Дальнего Востока.

Сетями ловят не только рыбу, но и более крупных морских млекопитающих — белуху и тюленей. Звериная сеть имеет очень крупные ячеи и вяжется из толстой бечевы.

К орудиям пассивного лова самой paзнообразной рыбы относится и та снасть, которая на реках и озёрах называется перемётом, или перетягом, а на Баренцовом море — ярусом (рис. 15). Это крючковая, а не сетяная снасть; устанавливается она на дне, тянется иногда на километры и состоит из крепкой основной верёвки, к которой прикреплены короткие поводки с крючками, наживлёнными мелкой рыбой или червём.



У самого берега для лова рыбы повсюду пользуются довольно простым, но остроумным приспособлением. От берега, перпендикулярно к нему, тянется «забор» из сетки или прутьев (рис. 16). Рыба движется вдоль берега, встречает загородку, движется вдоль неё к морю и неизбежно заходит в большой загон, из которого уже может вылавливаться различными способами. У нас на Чёрном море на дне такого загона укладывается сеть, которую время от времени поднимают, чтобы выбрать из неё зашедшую рыбу.



Некоторым образом промежуточное положение между пассивными и активными орудиями лова занимает та рыболовная снасть, которую повсеместно именуют удочкой. На конце лески, на крючок насажена наживка или какая-нибудь приманка. Рыба, проглотившая наживку, обычно попадается на крючок. Конструкция удочек чрезвычайно многообразна, от «кружков» для лова щуки до спинингов.

Весьма своеобразна снасть, имеющая на северных морях немаловажное промысловое значение и называемая поддёв. Это очень крепкая бечева, длиной в 100—150—200 м, на конце которой прикреплены один или несколько крючков, снабжённых какими-нибудь неживыми приманками — блесной или кусочком клеёнки, или чем-нибудь другим подобного типа. Ловец всё время сильными рывками поддёргивает бечеву вверх и снова даёт ей опуститься и так в минуту 6–8 раз. Рыба попадает на крючки обычно не ртом, а любой частью своего тела, нередко и хвостом. Всегда думали, что рыбу привлекает обманчивый вид или блеск наживки, т. е. что она реагирует на поддёв своими органами зрения.

Однако в самое последнее время нашим океанографом Н. Зубовым высказано предположение, что рыбы, как и многие другие морские животные, обладают способностью не только издавать самые разнообразные иногда довольно сильные звуки, но и, видимо, улавливать их. Возможно это осуществляется лишь в виде механического восприятия колебаний воды. Весьма вероятно, что рыбу привлекает не вид приманки, а те колебания воды, которые производятся резкими подёргиваниями поддёва. Тогда и немудрено, что рыба попадается на поддёв большей частью не ртом. Ведь когда мы ловим рыбу на удочку, она всегда попадается на крючок ртом. При этом нередко рыбу на поддёв ловят с глубины 100–150 м, где освещение очень слабое. Возможно, что в дальнейшем будут конструироваться орудия лова рыбы с использованием каких-нибудь привлекающих рыбу приспособлений звукового характера.

Столь же многообразны активные орудия лова рыбы. Прежде всего это разнообразные бредни и невода, которыми обычно ловят у берега, вытягивая их на землю.

Уже в течение 75 лет в морском промысле применяется лов рыбы с помощью так называемого оттер-трала, с которым работают со специальных судов — тральщиков (рис. 17). Оттер-трал представляет собой очень большую сеть в виде широкого мешка, из очень крепкой дели, имеющего по нижней подборе грузила, а по верхней — поплавки. Очень важной частью оттер-трала являются так называемые «доски» — большие (размером с дверь) деревянные, окованные железом щиты. К этим доскам и прикрепляются с одной стороны оттяжки, ведущие к тралу, а с другой те два троса, на которых трал спускается с тральщика. Доски действуют как водяные змеи, совершенно подобные тем змеям, которые запускаются ребятами в воздух, с той лишь разницей, что воздушный змей тянет вверх, а доски оттер-трала растягивают сеть в стороны, чтобы больше раскрыть её зев. И путы на этих досках такие же, как на воздушном змее, только не из тонкой бечёвки, а толстые, железные и очень крепкие.



В настоящее время тральщики бывают свыше 1 000 т водоизмещения; оттер-тралы в раскрытом виде больше 100 м и за один раз могут поднимать 10 и более тонн рыбы. Опускается оттер-трал на толстых витых стальных тросах, потолще стеариновой свечки, с мощной лебёдки, имеющей два барабана для самостоятельной намотки обоих тросов. Тральщики могут уходить за рыбой на сотни и даже тысячи километров от своих баз, далеко от берега, и привозить с моря тысячи тонн добычи. Однако все указанные приборы, несмотря на то что могут давать громадные уловы рыбы, являются лишь качественными орудиями лова. Работая этими приборами, мы не можем подсчитать, сколько же всего рыбы в море. Мы можем сказать только, мало её или много. Сделать подсчёт, и то приблизительный, можно с помощью рыболовной снасти типа кошелькового невода (рис. 18).



Имеется много сетей подобного типа, по-разному называемых, но сконструированных по одному и тому же принципу. Это очень широкое (несколько десятков метров) и очень длинное (несколько сот метров) сетяное полотнище, которым обмётывают косяк рыбы, а затем, когда сеть замкнута, стягивают нижний край её в мешок; таким образом, рыба оказывается как бы заключённой в громадный сачок. Постепенно вытягивая сеть на борт судна, выбирают из неё рыбу. Кошельковая снасть обладает громадной промысловой мощностью и может за один улов дать сотни тонн рыбы. Если одновременно сделать в разных местах водоёма много обловов кошельковой снастью, можно с достаточной точностью определить общее количество рыбы. Если для добывания придонной рыбы преимущественно пользуются оттер-тралом, то для вылова пелагической особенно ценна кошельковая сеть. Впрочем, типично пелагическую рыбу,сельдь, ловят в большом количестве особого типа сельдяным оттер-тралом.

Издавна при облове рыбы неводом или снастью иного типа пользуются светом, привлекая рыбу со всех сторон в открытом море или приманивая её к тому участку берега, где удобнее всего обловить её неводом. На Каспийском море, в результате исследований П. Г. Борисова, большое распространение получил промысел кильки путём лова её на свет (рис. 19).



В последнее время и у нас, и за рубежом всё большее и большее значение в морских биологических исследованиях приобретает водолазное оборудование. Ещё через десяток лет скафандр или водолазная маска станут неотъемлемой частью аппаратуры морского биолога (рис. 20). Пользование водолазной аппаратурой всё более и более входит в практику морского биолога. В одной только очень лёгкой маске, в которой помещается и патрон с небольшим количеством сжатого кислорода, наблюдатель уходит под поверхность моря и бродит по морскому дну на глубине 10–18 ж, плавает в погоне за рыбами и даже может пользоваться особым подводным ружьём для охоты.



Кроме того, он может заснять всё на пластинку особого подводного фотографического аппарата.

Само собой понятно, что в водолазном аппарате можно работать на небольших глубинах. Вглубь же океана глаз наблюдателя может проникнуть двояким путём. Наблюдать жизнь больших глубин можно через иллюминаторы батисферы (рис. 21), кроме того, разрабатываются методы наблюдения подводных предметов и морского дна при помощи телевизорных установок. Возможно, что через несколько лет биолог, уютно расположившись в каюте экспедиционного цорабля с карандашом и блокнотом в руках, будет делать записи о том, что проходит перед ним на экране телевизора, или даже снимать на киноплёнку все уголки морского дна, открывая самые интимные его тайны, которые где-то там, под кораблём, в глубине и мраке морской пучины фиксирует стеклянный глаз телевизорного приёмника.



В 1934 г. американский биолог Биб совершил спуск в сконструированной им батисфере у берегов Бермудских островов на глубину 923 м. В полном мраке этих глубин он наблюдал через иллюминаторы батисферы светящихся рыб и ракообразных. Батисфера Биба опускалась на стальном тросе и через специальный провод снабжалась электроэнергией с палубы корабля. В 1953–1954 гг. французом Пикаром был сконструирован прибор, названный им батискаф (рис. 22). Батискаф Пикара имеет водоизмещение в несколько десятков тонн; он автономен, самостоятельно опускается на глубины и всплывает на поверхность моря и может плавать над дном. По существу это подводная лодка особого устройства. Пикар совершил спуск в Средиземном море на глубину свыше 3 000 м, а затем французский лейтенант У о опустился вблизи Дакара (Западная Африка) на дно Атлантического океана на глубину свыше 4 км.