W liczbach siła, a przynajmniej tak się mówi. Jednak naukowcy odkrywają, że w oceanie ryby gromadzące się w grupach niekoniecznie przeżywają razem. W niektórych przypadkach im więcej ryb, tym większy cel stanowią dla drapieżników.
To właśnie zaobserwowali niedawno MIT i norwescy oceanografowie, badając szeroki obszar oceanu u wybrzeży Norwegii w szczytowym okresie tarła gromadnika – małej arktycznej ryby wielkości sardeli. Co roku w lutym miliardy gromadników migrują z krawędzi pokrywy lodowej Arktyki na południe, w stronę norweskiego wybrzeża, aby złożyć jaja. Norweskie wybrzeże jest także przystankiem dla głównego drapieżnika gromadnika, dorsza atlantyckiego. Gdy dorsz migruje na południe, żeruje na gromadniku podczas tarła, choć naukowcy nie prowadzili dotychczas pomiarów tego procesu na dużą skalę.
Opisując swoje odkrycia w czasopiśmie Nature Communications Biology, zespół z MIT zarejestrował interakcje między pojedynczym migrującym dorszem a gromadnikiem odbywającym tarło na ogromnym obszarze przestrzennym. Korzystając z techniki obrazowania rozległego opartej na dźwięku, obserwowali, jak przypadkowy gromadnik zaczął się grupować, tworząc potężną ławicę rozciągającą się na dziesiątki kilometrów. Gdy ławica gromadnika utworzyła swego rodzaju ekologiczny „gorący punkt”, zespół zaobserwował, że w odpowiedzi pojedyncze dorsze zaczęły się grupować, tworząc własną, ogromną ławicę. Rujący się dorsz wyprzedził gromadnika, szybko pożerając ponad 10 milionów ryb, co stanowi, jak się szacuje, ponad połowę zebranej ofiary.
Dramatyczne spotkanie, które miało miejsce w ciągu zaledwie kilku godzin, jest największym tego typu zdarzeniem drapieżnym, jakie kiedykolwiek zarejestrowano, zarówno pod względem liczby zaangażowanych osobników, jak i obszaru, na którym zdarzenie miało miejsce.
Jest mało prawdopodobne, aby to jedno wydarzenie osłabiło całą populację gromadnika; złowiona ławica stanowi 0,1% gromadnika odbywającego tarło w regionie. Ponieważ jednak zmiany klimatyczne powodują cofanie się pokrywy lodowej Arktyki, gromadnik będzie musiał pływać dalej, aby złożyć tarło, co sprawi, że gatunek będzie bardziej zestresowany i podatny na naturalne zjawiska drapieżnictwa, takie jak to zaobserwowane przez zespół. Ponieważ gromadnik jest siedliskiem wielu gatunków ryb, w tym dorsza, ciągłe monitorowanie ich zachowania z rozdzielczością zbliżoną do rozdzielczości poszczególnych ryb i na dużych skalach obejmujących dziesiątki tysięcy kilometrów kwadratowych pomoże w wysiłkach na rzecz utrzymania gatunku i ogólnego stanu zdrowia oceanu.
„W naszej pracy widzimy, że naturalne, katastrofalne drapieżniki mogą w ciągu kilku godzin zmienić równowagę ofiar lokalnych drapieżników” – mówi Nicholas Makris, profesor inżynierii mechanicznej i oceanicznej w MIT. „Nie stanowi to problemu w przypadku zdrowej populacji z wieloma rozproszonymi przestrzennie skupiskami populacji lub ekologicznymi hotspotami. Jednak w miarę zmniejszania się liczby tych hotspotów z powodu klimatu i stresów antropogenicznych, rodzaj naturalnego „katastrofalnego” drapieżnictwa, którego byliśmy świadkami w przypadku gatunku kluczowego, może prowadzić do dramatycznych konsekwencji dla tego gatunku, a także dla wielu gatunków od nich zależnych.”
Współautorami artykułu Makrisa są Shourav Pednekar i Ankita Jain z MIT oraz Olav Rune Godø z Instytutu Badań Morskich w Norwegii.
Brzmi dzwonek
Na potrzeby nowego badania Makris i jego współpracownicy ponownie przeanalizowali dane zebrane podczas rejsu w lutym 2014 r. na Morze Barentsa u wybrzeży Norwegii. Podczas tego rejsu zespół wdrożył system teledetekcji Ocean Acoustic Waveguide Remote Sensing (OAWRS) – technikę obrazowania dźwiękowego, która wykorzystuje pionowy układ akustyczny przymocowany do dna łodzi w celu wysyłania fal dźwiękowych w dół do oceanu i na zewnątrz. kierunki. Fale te mogą przemieszczać się na duże odległości, odbijając się od przeszkód lub ryb na swojej drodze.
Ta sama lub druga łódź, ciągnąca szereg odbiorników akustycznych, w sposób ciągły odbiera fale rozproszone i odbite nawet z odległości kilkudziesięciu kilometrów. Naukowcy mogą następnie analizować zebrane przebiegi, aby natychmiast tworzyć mapy oceanu na ogromnym obszarze.
Wcześniej zespół zrekonstruował mapy poszczególnych ryb i ich ruchów, ale nie był w stanie rozróżnić poszczególnych gatunków. W nowym badaniu naukowcy zastosowali nową technikę „wielospektralną” do rozróżniania gatunków na podstawie charakterystycznego rezonansu akustycznego ich pęcherzy pławnych.
„Ryby mają pęcherze pławne, które rezonują jak dzwonki” – wyjaśnia Makris. „Dorsz ma duże pęcherze pławne, które mają niski rezonans, jak dzwon Big Bena, podczas gdy gromadnik ma małe pęcherze pławne, które rezonują jak najwyższe dźwięki na fortepianie”.
Ponowna analiza danych OAWRS w poszukiwaniu określonych częstotliwości występowania gromadnika i dorsza pozwoliła badaczom zobrazować grupy ryb, określić skład gatunkowy i sporządzić mapę przemieszczania się każdego gatunku na dużym obszarze.
Oglądanie fali
Naukowcy zastosowali technikę wielospektralną do danych OAWRS zebranych 27 lutego 2014 r., w szczycie sezonu tarła gromadnika. Nowe mapy wykazały, że we wczesnych godzinach porannych gromadnik w dużej mierze trzymał się z daleka, poruszając się jako przypadkowe osobniki w luźnych skupiskach wzdłuż norweskiego wybrzeża. Gdy słońce wzeszło i oświetliło wody powierzchniowe, gromadnik zaczął schodzić w ciemniejsze głębiny, prawdopodobnie szukając miejsc na dnie morskim na tarło.
Zespół zaobserwował, że w miarę opadania gromadnika zaczęły zmieniać się z zachowań indywidualnych na grupowe, ostatecznie tworząc ogromną ławicę liczącą około 23 milionów ryb, która poruszała się w skoordynowanej fali rozciągającej się na ponad dziesięć kilometrów.
„Odkryliśmy, że gromadnik ma gęstość krytyczną wynikającą z teorii fizycznej, którą obecnie obserwujemy na wolności” – mówi Makris. „Jeśli są wystarczająco blisko siebie, mogą przyjąć średnią prędkość i kierunek innych ryb, które wyczuwają wokół siebie, a następnie mogą utworzyć masywną i spójną ławicę”.
Na ich oczach ławice ryb zaczęły poruszać się jak jedna całość, zachowując się spójnie, co zaobserwowano u innych gatunków, ale nigdy dotąd u gromadnika. Uważa się, że taka spójna migracja pomaga rybom oszczędzać energię na dużych dystansach, zasadniczo kierując się zbiorowym ruchem grupy.
Jednak w tym przypadku gdy tylko ławica gromadnika uformowała się, przyciągnęła coraz większą liczbę dorsza, który szybko utworzył własną ławicę, liczącą około 2,5 miliona ryb, jak wynika z map akustycznych sporządzonych przez zespół. W ciągu kilku godzin dorsz pożarł 10,5 miliona gromadników na dystansie dziesiątek kilometrów, po czym obie ławice rozpuściły się, a ryby rozproszyły. Makris podejrzewa, że tak masowe i skoordynowane drapieżnictwo jest częstym zjawiskiem w oceanach, chociaż naukowcom po raz pierwszy udało się udokumentować takie wydarzenie.
„Po raz pierwszy widzimy interakcję drapieżnik-ofiara na tak dużą skalę i jest to spójna walka o przetrwanie” – mówi Makris. „To dzieje się na potworną skalę i obserwujemy, jak fala gromadników powiększa się, niczym fala wokół stadionu sportowego, i gromadzą się, tworząc obronę. Dzieje się tak również w przypadku drapieżników, którzy łączą się, aby spójny atak.”
Zespół ma nadzieję wdrożyć w przyszłości OAWRS do monitorowania dynamiki na dużą skalę wśród innych gatunków ryb.
„Niejednokrotnie pokazywano, że gdy populacja jest na skraju załamania, powstaje ostatnia ławica. A kiedy zniknie ostatnia duża, gęsta grupa, następuje załamanie” – mówi Makris. „Musisz więc wiedzieć, co tam jest, zanim zniknie, ponieważ presja nie jest na ich korzyść”.
Prace te były częściowo wspierane przez Amerykańskie Biuro Badań Marynarki Wojennej i Instytut Badań Morskich w Norwegii.