В последнем опубликованном исследовании (2017) Катаниа непосредственно на себе испытал, насколько эффективными могут быть электрические удары угрей. Он разработал эксперимент для измерения тока, текущего через человеческую руку при атаке угря, выступив в роли подопытного животного. Выбранный угорь был относительно маленькой, 40-сантиметровой молодой рыбой, но все равно его разряды достигали 50 мА (миллиампер), что «значительно превышало порог активации ноцицепторов[81]», как написано в статье Катаниа. Другими словами, было очень больно. Однако его рука не была парализована, мышцы не были перевозбуждены и не сократились. Катаниа считает, что атаки угрей направлены не на обездвиживание жертвы, а на то, чтобы отпугнуть хищников, болезненно ударив их током.
Катаниа уверен, что выпрыгивающие из воды угри не охотятся. Они не кусают и не жуют свою пищу и не смогли бы проглотить что-либо размером с крокодила, лошадь или человека. Он думает, что небольшие аквариумы в его лаборатории воспринимаются угрями как родные высыхающие водоемы, в которых они должны опасаться хищников, точно так же, как это происходит в сухой сезон в естественных условиях. В этой ситуации, когда к ним приближается что-то большое и угрожающее, рефлекторный ответ угря – защищаться и показать хищнику, что с ним лучше не связываться.
Чарльз Дарвин прекрасно знал, что в мировых водах обитают различные электрические рыбы. В своем труде «Происхождение видов» он рассуждал о том, как они эволюционировали: «…если бы электрические органы были унаследованы от какого-нибудь древнего предка, мы должны были бы ожидать, что электрические рыбы тесно связаны между собой». Но Дарвин знал, что электрические рыбы не являются близкими родственниками. Гнюсовые, нарковые, нарциновые скаты и скаты-торпедо относятся к электрическим пластиножаберным рыбам. На далеко расположенных друг от друга ветвях эволюционного древа, среди костистых рыб, расположились семейства электрических звездочетов (Uranoscopidae), электрических сомов (Malapteruridae), мормировых (Mormyridae) с рыбой-слоном и отряд гимнотообразных (Gymnotiformes) с электрическим угрем в своих рядах. Дарвин считал их важными примерами явления, которое сейчас называется конвергентной эволюцией, хотя он этот термин не использовал. Конвергентная эволюция происходит, когда неблизкородственные виды выглядят, ведут себя или функционируют сходным образом. Дарвин написал: «Подобно тому, как два человека иногда независимо друг от друга приходят к одному и тому же изобретению, так, по-видимому, и… естественный отбор… произвел у различных существ сходные органы».
Так, лазающие по деревьям приматы мадагаскарские руконожки и австралийские сумчатые поссумы научились использовать тот же источник пищи, что и дятлы. Все три группы животных делают отверстия в деревьях и достают личинок из-под коры; птицы используют для этого свой клюв и длинный язык, тогда как руконожки и поссумы орудуют выступающими передними зубами и длинными пальцами[82]. Аналогичным образом рыбы приобретали электричество не менее шести раз в ходе эволюции. Дарвин поразился бы тому, как это происходило и как эволюция может раз за разом приходить к одному и тому же результату. Электрические органы наполнены электроцитами – модифицированными мышечными клетками из разных частей тела. У электрических скатов эти клетки являются модифицированными жаберными мышцами и формируют похожие на бобы структуры по обеим сторонам их круглых тел. Во время охоты скаты обхватывают добычу широкими грудными плавниками и бьют их током. Североамериканские звездочеты живут на восточном побережье Америки, закопавшись в песок, и только их глаза выглядывают наружу. Модифицированные глазные мышцы создают слабые электрические разряды, способные сбить с толку добычу или отпугнуть приближающихся хищников. Что же касается мощного электрического угря, то его тело более чем на две трети состоит из электроцитов, преобразованных из мышц, проходящих вдоль всего тела. Молекулярные исследования показывают, что все эти рыбы используют один и тот же набор генетических инструментов для создания электричества. Они следуют одному пути развития, включая и выключая одни и те же гены. Это сложный процесс, в котором мышечные клетки разрастаются, теряют способность сокращаться и вместо этого начинают транспортировать большое количество ионов через мембраны, создавая поток зарядов. Несмотря на то что электрические органы возникали как у морских, так и у пресноводных рыб, в разных частях тела и с промежутками в миллионы лет, по сути они устроены одинаково.
Конечно, не все тайны электрических рыб еще открыты, например как они умудряются не ударить себя током во время охоты. Возможно, их жизненно важные органы защищены слоями жира или их нервные окончания хорошо изолированы, но, как именно обстоят дела, с уверенностью сказать пока нельзя.
Название «зеленая шишколобая рыба-попугай» этот вид рыб получил не зря. У них действительно большой шишковидный лоб, а зубы срослись наподобие острых клювов. Они сшибаются лбами друг с другом в ритуальных поединках, впервые заснятых на камеру в 2012 г. Как и рыбы-наполеоны (чьи шишки на головах, насколько нам известно, не используются в драках), эти огромные рыбы-попугаи собираются вместе для размножения, и взрослые самцы соревнуются за статус, разгоняясь и сталкиваясь лбами с громким хрустом. В остальное время эти рыбы также производят довольно много шума: они питаются, соскребая с кораллов водоросли и обламывая их при этом.
На атолле Пальмира посреди Тихого океана исследователи плавали по мелким рифам вслед за зелеными шишколобыми рыбами-попугаями и внимательно за ними наблюдали, отмечая каждый откусанный ими кусок. Это была нелегкая задача. В разделе методов в опубликованной ими статье указано, что только наблюдения продолжительностью не менее 60 минут были включены в результаты. Самый долгий заплыв рядом с рыбами продолжался 5 часов 20 минут. В среднем каждая рыба-попугай откусывала коралл три раза в минуту.
Как слоны в саванне, эти существа оставляют заметный след в окружающем их мире. Когда рыбы-попугаи откусывают коралл, они теряют отломившиеся маленькие кусочки, некоторые из которых выживают, прикрепляются снова к рифу и дают начало новым колониям. Своими укусами рыбы также расчищают место для поселения новых коралловых личинок. Они выкапывают огромное количество живых и мертвых кораллов, перемешивая и перераспределяя известняк и донные отложения, и играют важную роль в динамических ритмах рифа.
Если сложить всю съеденную ими пищу за год, получается, что одна взрослая рыба-попугай поглощает от 4 до 6 т твердого известнякового рифа. Им приходится столько есть потому, что в таком коралловом рационе мало питательных веществ. Рыбья еда – это тонкая пленка живой ткани, покрывающей твердые коралловые глыбы, сложенные известковыми скелетами крошечных полипов, и из проглоченного они усваивают всего 2 %. Второй набор зубов в глубине горла, так называемые фарингеальные, или глоточные, зубы, подобно мельнице размалывает коралл в пыль. Питательные вещества всасываются в длинном кишечнике, а все, что осталось, выходит с противоположной стороны.
Моча и кал рыб служат важными питательными веществами для других организмов. В начале 1980-х гг. Джуди Мейер из Университета Джорджии наблюдала за рыбами на рифах острова Санта-Крус (Американские Виргинские острова). В дневное время она видела, что в зарослях ветвящихся кораллов затаились стаи рыб ронок (род Haemulon), раскрашенных продольными голубыми и желтыми полосами, с большими серебристыми глазами. На закате ронки уплывали на ближайшую водорослевую поляну, где набивали брюхо моллюсками и крабами. К рассвету рыбы возвращались на риф, скрываясь среди ветвей своих коралловых домов, переваривая пищу и испражняясь. Мейер и ее коллеги обнаружили, что концентрации питательных веществ были в пять раз выше в воде вблизи кораллов, где жили рыбы, чем вблизи ненаселенных кораллов, скорее всего благодаря ежедневным дефекациям ронок. В течение года она наблюдала, как кораллы с постоянным присутствием рыб росли в два раза быстрее, чем аналогичные колонии, где рыбы появлялись лишь эпизодически. По-видимому, эти подвижные позвоночные своими пищеварительными трактами создают связь между двумя неподвижными средами обитания, водорослевыми зарослями и коралловыми рифами.
В более позднем исследовании эколог-ихтиолог Джейкоб Олгайер несколько лет изучал, насколько коралловые рифы зависят от мочи рыб. Практическая часть его работы, которую он выполнял в сотрудничестве с Крейгом Лейманом из Университета Северной Каролины, заключалась в отлове сотен видов рыб. Ученые помещали рыб по одной в наполненные морской водой пластиковые пакеты ровно на полчаса. Измеряя концентрации питательных веществ в воде до и после, они посчитали, сколько фосфора и азота выделяла каждая рыба с мочой и, частично, через жабры. Олгайер объединил эту информацию с данными своих коллег Эйбела Валдивии и Кортни Кокс, которым посчастливилось наблюдать за популяциями рыб на сотнях коралловых рифов на Карибах. На части рифов велся активный вылов рыбы, но другие находились под охраной, и рыбная ловля там была запрещена. Проанализировав данные, Олгайер пришел к выводу, что рифы без достаточного числа рыб могут получать вдвое меньше питательных веществ, чем здоровые рифы, населенные рыбами и обогащенные их мочой.
Баланс питательных веществ на рифах всегда неустойчив. В любой момент еды может стать слишком много или слишком мало. Рифы когда-то появились, чтобы процветать в чистых, не слишком богатых минеральными питательными веществами тропических водах; эти экосистемы крайне эффективны и постоянно перерабатывают питательные вещества, запасы которых ограничены (с другой стороны, есть экосистемы, испытывающие острую нехватку питательных веществ, такие, например, как водорослевые заросли, требующие постоянного подкармливания, которое обеспечивается поднимающимися из глубин водами, богатыми минеральными веществами). Хорошо известно, что загрязнение является проблемой для рифов: канализационные и сельскохозяйственные стоки наполняют прибрежные воды фосфатами и нитратами, в результате чего разросшиеся водоросли подавляют кораллы и занимают их место. Но есть и оборотная сторона. Рифам плохо и в том случае, когда они теряют свой естественный источник питательных веществ.