О чем поют тупорылые ремнезубы
Китобойный промысел сегодня формально запрещен, но неприятностей у морских млекопитающих по‑прежнему немало. Техногенное акустическое «загрязнение» моря (транспортные шумы, шумы добычи ископаемых на шельфе) самым негативным образом воздействует на популяции. К счастью, существуют инструменты, которые могут помочь восстановить комфортную жизнь морских животных. Например, интересны системы одновременного контроля как техногенных шумов, так и социальной динамики популяций млекопитающих, вызванной дискомфортом, по их акустической реакции.
Диалекты морских слонов
Первым человеком, услышавшим коммуникативную песню (вокализацию) кита и оценившим ее значение, был Вильям Келли, капитан китобойного судна «Элиза». Это случилось туманным январским утром 1881 года в Японском море. Келли только что загарпунил очередного кита, раненое животное рвалось на свободу, и гарпунный линь натянулся, как струна. По какому‑то наитию капитан приложил ухо к линю и услышал леденящие душу стоны, а также гармонические рулады, явно содержавшие тревожную информацию. Сигнал был услышан и понят, на помощь бросились сразу несколько китов, которые тоже, увы, были пойманы. Это событие было достаточно подробно описано несколько лет спустя: H.L. Aldrich. Whaling // The Outing Magazine, 1889, p. 113–123.
Сегодня о коммуникативных сигналах уже многое известно, собраны обширные коллекции записей, а их расшифровка – одна из самых интригующих задач. Например, у дельфинов‑афалин есть «имена собственные». Это знаменитый индивидуальный для каждой особи «свист‑подпись», которым дельфины завершают свои сообщения. У косаток, морских слонов и некоторых других морских млекопитающих обнаружены локальные диалекты, причем одни «слова» более стабильны от года к году, другие сравнительно быстро меняются. Экологи и гидробиологи сегодня используют эти сигналы для оценки благополучия популяций.
Морские животные производят и воспринимают звук в широком диапазоне частот, недоступном для «сухопутных» животных. При этом коммуникация китообразных имеет много аналогичных черт с коммуникацией наземных млекопитающих и человека. Животные используют звуки для сбора в стаю, приглашения к размножению, защиты территории, индивидуального распознавания. Сигналы особого вида (эхолокационные щелчки) применяются для локации добычи.
Морские млекопитающие полностью зависят от слуха. Без него невозможно ни питаться, ни общаться. Звуковая рецепция доминирует над остальными органами чувств, и животные очень страдают, если акустические помехи от производственных и военных объектов вызывают сбои в работе слухового анализатора при установлении локации добычи или при внутривидовом общении.
Техногенный шум океана
Оценки показывают, что по сравнению с 1950‑ми годами уровень океанских шумов вырос в среднем на 12 дБ. Но не только средние величины важны.
Так, для нашей страны существенно, что основные источники акустического загрязнения шельфовой зоны – сейсморазведка, наклонное бурение с берега или работы на буровых платформах и обеспечивающих судах. В чем опасность?
Практически все эти работы проводятся на российском арктическом шельфе и в Охотском море. Эти регионы являются местами кормления холодолюбивых видов китов, обитающих в полярных и субполярных водах. Приспосабливаясь к сезонным условиям питания и размножения, они совершают регулярные миграции в пределах Северного полушария. На полях нагула в Арктике планктонных организмов гораздо больше, чем в тропиках.
Многие киты и кашалоты зимой мигрируют в низкие широты для родов, а летом – в умеренные и высокие широты для нагула жира. Например, важный район нагула серых китов – область северо‑восточного шельфа острова Сахалин. И вот в таких районах их и поджидает акустический стресс.
Для компенсации растущего шумового загрязнения океана китообразные вынуждены корректировать свои коммуникативные сигналы. Здесь проявляется так называемый эффект Ломбарда, открытый в 1909 году применительно к человеческому диалогу в шумовой обстановке. Китообразным приходится не только «повышать голос», но и менять тональность и другие параметры песни. При дальнейшем повышении уровня шумов социальная жизнь популяций претерпевает необратимые изменения. Если коммуникация «тонет» в постороннем шуме, затрудняется внутривидовое общение, а у молодых особей нарушаются стереотипы поведения. Это отрицательно сказывается на численности популяции.
Опасны импульсные шумы. Например, эксперименты со взрывными источниками показали, что акустическое импульсное воздействие существенно сказывается на поведении животных, даже если оно не причиняет им физического вреда. Если животные охотятся, время удержания ими цели непосредственно после взрыва достоверно уменьшается. И, наконец, у животных наступает постоянная или временная потеря слуха.
То, что животные обнаруживают способность приспосабливаться к техногенному воздействию и адаптироваться к новым условиям, на первый взгляд обнадеживает. Если найдутся участки океана, в которых уровень техногенного шума будет ниже некоторого порога, а условия будут пригодны для обитания, популяция воспользуется этим фактом. Увы, уклоняясь от источника техногенных шумов, популяция оказывается в незнакомом месте. Изменение акустического поведения и смена места обитания неизбежно приведут к стрессу и сбоям в репродуктивном цикле. Что касается долгосрочных последствий хронического шумового загрязнения для отдельных особей и популяций, то они до сих пор по большей части остаются неясными.
Методы акустического мониторинга
Существуют различные способы слежения за поведением млекопитающих, например, фото‑ и видеофиксация. Комплексный мониторинг популяций китов и их кормовой базы осуществляют суда Центра морских экспедиционных исследований Института океанологии РАН.
К наиболее перспективным относится метод пассивного акустического мониторинга с помощью автономных станций. Метод основан на регистрации и оптимальной обработке сигналов животных. Он позволяет на постоянной основе контролировать динамику плотности популяций, отслеживать перемещение отдельных особей и даже следить за их развитием в течение жизненного цикла.
Уже разработаны алгоритмы, связывающие число щелчков и песен некоторых видов китообразных с плотностью данной популяции в заданном ареале. Для регистрации сигналов используются стационарные антенны гидрофонов либо подвижные автономные детекторы.
Усовершенствованию метода пассивного акустического мониторинга способствовал международный проект DECAF (Density Estimation for Cetaceans from Acoustic Fixed Sensors – «Оценка плотности популяции китообразных на основе применения фиксированных акустических гидрофонов»), закончившийся в 2011 году. За этим проектом последовали другие, в которых выполняются акустические записи по всему региону, выбранному для оценки плотности животных. Далее записи обрабатываются с помощью алгоритмов обнаружения и классификации, что дает число сигналов заранее определенного вида.
Метод получил признание после определения плотности популяции тупорылого ремнезуба (Mesoplodon densirostris) в районе Багамских островов. Во время учений ВМФ США животные этого и родственных видов нередко выбрасываются на берег, что вызывает тревогу. Поэтому американские военные предоставили биологам расположенные в данном районе донные антенны гидрофонов. Это была существенная помощь, так как стационарные пассивные акустические системы очень дороги. При этом следует отметить, что по сравнению с другими методами для долгосрочных программ мониторинга такие системы оказываются весьма рентабельными, поскольку после первоначальной настройки затраты на стационарный мониторинг относительно низки.
Как и другие виды клюворыловых китов, тупорылые ремнезубы совершают длительные (до 45 минут) и глубокие (600–1200 м) «фуражные» погружения, во время которых в поисках добычи они производят высокочастотные эхолокационные щелчки. При оценке плотности популяции была сделана ставка именно на сигналы этого вида. На основе простого алгоритма обнаружения и классификации за несколько месяцев наблюдения собрана база в 3 млн записей щелчков и получены данные по плотности популяции. Средняя величина популяции оказалась такой: 25 особей на площади 1000 кв. км.
Успешным был и проводившийся в Беринговом море мониторинг другого вида животных – гладкого японского кита (Eubalaena japonica). Этот вид также имеет непростую историю. В прошлом он подвергся катастрофическому китобойному промыслу. Сегодня японский кит относится к угрожаемым видам, и особи – наперечет. В этом проекте для подсчета регистрировался не щелчок, а первый фрагмент песни, которой кит начинает фуражное погружение.
К числу недавних успешных проектов относится SAMBAH (Static Acoustic Monitoring of Baltic Sea Harbour Porpoise – «Стационарный акустический мониторинг морской свиньи в Балтийском море»). По всей акватории Балтийского моря в случайных точках были развернуты около 300 автономных детекторов. Цель состояла в оперативном получении оценки чрезвычайно низкой плотности популяции еще одного китообразного вида – морской свиньи (Phocoena phocoena). Достигнута наибольшая на сегодня площадь акватории при мониторинге определенного вида животных.
Ты узнаешь его по шороху
К признанным успехам мониторинга отдельных особей с выявлением индивидуальных особенностей пения относится обнаружение долговременной миграции кашалотов из облюбованного ими района буровой платформы Deep Water Horizon в Мексиканском заливе.
Задолго до злополучной катастрофы, уничтожившей платформу, еще в 2007 году, техногенный шум заставил животных приступить к поискам нового места обитания. Акустики определили, что новый выбор кашалотов связан с участком, расположенным в 23 км к югу. После взрыва и гибели платформы в 2010 году, сопровождавшегося разливом нефти, животные окончательно переселились на новое место.
Успех метода имел ряд важных последствий. Во‑первых, опыт перенимают «сухопутные» биологи, занимающиеся некоторыми представителями наземной фауны, которые шумят, но визуально в густом лесу неразличимы. Уже упоминаются слоны, гиббоны и даже лягушки. Во‑вторых, при постоянном мониторинге морских млекопитающих хорошо себя зарекомендовали недорогие мобильные акустические станции, автономные или буксируемые. Как было недавно показано, современные алгоритмы обработки позволяют запеленговать животное с помощью лишь одного приемного гидрофона. Сегодня на международном рынке представлено уже около 40 различных вариантов автономных станций пассивного акустического мониторинга млекопитающих.
Сразу несколько федеральных законов России потребовали включения в планы добывающих компаний мер по защите китообразных. Установлены предельные уровни техногенных шумов. Российские ученые, в частности сотрудники Дальневосточного научного центра РАН, уделяют проблеме пристальное внимание.
Однако продолжающееся сокращение поголовья животных в районах технической деятельности диктует необходимость введения постоянного комплексного мониторинга. Необходимо одновременно контролировать техногенные сигналы и определять степень их воздействия на морских млекопитающих по их акустической реакции. Оценки показывают, что с учетом затухания акустических сигналов в шельфовой зоне для «экологического» обслуживания одной буровой платформы и обеспечения комфортного пребывания морских млекопитающих на расстояниях до 8 км потребуется установить вокруг платформы четыре донные станции, оснащенные направленными гидрофонами и расположенные в углах квадрата со стороной 2 км.
Одновременный анализ записей технической деятельности людей и поведенческой активности морских животных – ключ к предупреждению негативного техногенного воздействия на шельфовую экосистему. Полученные оперативные данные дадут основу для сохранения либо изменения режимов бурения, судоходства, транспортировки нефти.
