Звук открывает новые грани жизни синих китов

Синий кит (Balaenoptera musculus) — крупнейшее животное из когда-либо обитавших на Земле. Несмотря на гигантские размеры, многие аспекты его биологии, поведения и экологии остаются загадкой. Это величественное млекопитающее проводит большую часть времени под поверхностью океана, вне поля зрения учёных.

Однако даже когда китов нельзя увидеть, можно услышать их мощные вокализации, распространяющиеся на сотни километров. Используя аудиозаписи из центра национального морского заповедника залива Монтерей (Monterey Bay National Marine Sanctuary), исследователи из MBARI и их коллеги открыли новые грани жизни синих китов. Учёные выяснили, как киты кооперируются для поиска пищи и как они «считывают» продуктивность своей экосистемы, чтобы решить, когда начать ежегодную дальнюю миграцию для размножения.

Подводный микрофон (гидрофон) на кабельной обсерватории MBARI стал ценным инструментом для изучения китов, которые сезонно собираются в плодородных водах залива Монтерей. Микрофон записывает их голоса — акустические данные, дающие представление о поведении животных.

• «Поскольку киты и другие морские млекопитающие используют звук для жизненно важных активностей — общения, поиска пищи, навигации, социализации и размножения, в океанском звуковом ландшафте заключено богатство выраженного сознания. Мы стремимся использовать это богатство, чтобы лучше понимать и защищать океанскую жизнь», — сказал Джон Райан, биологический океанограф MBARI.

Предыдущие исследования Райана и его коллег из Стэнфордского университета, включая будущего постдока MBARI Уильяма Эстриха, сочетали обширный архив акустических данных с гидрофона с полевыми исследованиями, чтобы лучше понять поведение синих китов.

• «Наши прошлые исследовательские усилия с коллегами из региона залива Монтерей открыли дверь к пониманию поведенческого контекста паттернов в акустических данных, собранных о синих китах с помощью гидрофона MBARI. Этот контекст подготовил почву для серии исследований, которые используют невероятно долгосрочный взгляд на поведение, предоставляемый этой акустической записью», — отметил Эстрих.

Теперь акустические данные MBARI внесли вклад в два новых исследования о синих китах, проведённых аспирантами из Морской станции Хопкинса (Hopkins Marine Station) Стэнфордского университета.

1. Социальная стратегия кормления

Исследование Дэвида Кейда, опубликованное в декабре в Animal Behaviour, изучало скопления кормящихся синих китов в заливе Монтерей. Используя биологические метки, акустическое картирование добычи, записи социальных сигналов с гидрофона и дистанционное зондирование океанских течений, команда исследовала экосистемную динамику, лежащую в основе необычно плотных скоплений синих китов — до 40 гигантов в радиусе одного километра.

Сочетание океанографических условий и рельефа морского дна (батиметрии) концентрировало большое количество похожих на креветок ракообразных — криля, основной пищи синих китов. Огромный размер скоплений криля позволил этим «супергруппам» китов кормиться вместе, не истощая запасы пищи.

• «Мы только начинаем изучать роль этих гигантских, но эфемерных скоплений криля, которые могут прокормить супергруппу синих китов. Эти "горячие точки", вероятно, играют критическую роль в целом в способности синего кита найти достаточно пищи, прежде чем он отправится на юг на зиму. Гидрофон MBARI даёт нам новое понимание не только поведения синих китов, но и того, что это поведение может рассказать нам о состоянии добычи в заливе Монтерей, критически важном для всей экосистемы», — сказал Кейд.

Записи гидрофона показали, что, вопреки интуиции, киты демонстрировали социальную стратегию кормления. Команда наблюдала, что вместо конкуренции за пищу синие киты «звали» других китов, сигнализируя о наличии пищи. Их рёв приглашал других присоединиться к пиршеству.

Моделирование социальных взаимодействий показало, что использование социальной информации от других китов сокращало время, необходимое отдельным особям для обнаружения и использования плотных скоплений пищи, необходимых им для выживания. Кормление китов становилось более эффективным, без видимых затрат для того, кто первым нашёл скопление пищи.

2. Гибкое время миграции

Второе исследование, проведённое под руководством Эстриха и опубликованное в этом месяце в Functional Ecology, также использовало акустический архив MBARI для получения новых данных о поведении синих китов.

В 2020 году Эстрих и команда исследователей из MBARI и Стэнфордского университета задокументировали чёткие сезонные изменения в вокализациях синих китов, которые показывают, когда эти гиганты начинают свою ежегодную миграцию. Летом и ранней осенью синие киты поют больше ночью. Поздней осенью и зимой они начинают петь больше днём. Это изменение совпадает с временем года, когда киты сокращают кормление и начинают ежегодную миграцию на юг. Данные с биологических меток подтвердили, что акустическая сигнатура, обнаруженная гидрофоном, отражает изменения в поведении китов.

Теперь Эстрих и его коллеги использовали данные гидрофона MBARI, чтобы понять, как синие киты меняют сроки своей миграции обратно в районы размножения от года к году.

Данные, собранные с лета 2015 по весну 2021 года, регистрировали рёв синих китов в регионе залива Монтерей. Звук сигнализировал, когда киты прекращали кормиться на местном изобилии криля, чтобы начать миграцию на юг для размножения. К удивлению команды, начало миграции китов могло варьироваться до четырёх месяцев от года к году.

Время миграции тесно следовало условиям в кормовом ареале китов. В частности, синие киты задерживались дольше у побережья центральной Калифорнии, когда экосистема предоставляла им больше возможностей для накопления энергетических запасов. Более поздний переход от кормления к миграции происходил в годы с более ранним началом, более поздним пиком и большим накоплением биологической продуктивности.

Эти данные позволяют предположить, что в годы с самой высокой и устойчивой биологической продуктивностью синие киты ждут, чтобы начать миграцию на юг. Исследователи полагают, что киты не просто отправляются к своим южным местам размножения, как только накоплено достаточно энергетических резервов. Скорее, они откладывают миграцию, когда пищи много, чтобы максимизировать потребление энергии на своих кормовых угодьях.

• «Мы ранее показали, что синие киты используют долговременную память, чтобы определить время прибытия на кормовые угодья, основываясь на том, когда они ожидают доступности пищи, потому что у них нет предварительной информации о том, какими будут условия кормления по прибытии. Однако, принимая решение о том, когда покинуть кормовые угодья, у них есть гораздо более непосредственная информация, на которую можно положиться, чтобы определить, лучше ли остаться или уйти. Это позволяет этим китам быть невероятно гибкими в том, когда они начинают свою миграцию на юг, чтобы вернуться в районы размножения», — объяснила Бриана Абрамс, доцент кафедры биологии Вашингтонского университета и соавтор исследования о времени миграции.

Использование гибких сигналов — вероятно, включая условия кормления и сигналы дальней акустической связи — для определения времени крупного перехода в жизненном цикле может быть ключевым для выживания этой находящейся под угрозой популяции, поскольку она существует в экосистеме, испытывающей большие естественные и антропогенные изменения.

• «Это исследование показывает, что синие киты более гибки в своём кормовом и миграционном поведении, чем считалось ранее. Такая гибкость критически важна для адаптации к эпохе быстрых глобальных изменений — позволит ли эта поведенческая гибкость синим китам адаптироваться к долгосрочным изменениям в их кормовом ареале, ещё предстоит выяснить», — сказал Эстрих.

Открытый доступ к научным данным является фундаментальной ценностью для MBARI и частью миссии института. В рамках обязательств MBARI по открытому сотрудничеству оригинальные аудиозаписи за весь период исследования доступны через проект Pacific Ocean Sound Recordings в Реестре открытых данных (Registry of Open Data) в облаке Amazon Web Services (AWS).

• «Научное открытие и прогресс требуют прозрачности, воспроизводимости и расширяемости. Для выполнения этих требований мы делимся всеми нашими аудиозаписями — 150 терабайт и больше — вместе с набором инструментов для анализа», — сказал Райан.

MBARI также транслирует живое подводное аудио в «Комнату для прослушивания звукового ландшафта» (Soundscape Listening Room), чтобы делиться чудом и волнением океанского звукового ландшафта с общественностью.

Технологии MBARI оказались бесценными для исследователей, изучающих поведение находящихся под угрозой исчезновения синих китов. MBARI расширит эти усилия в 2022 году с новой Обсерваторией синих китов (Blue Whale Observatory). Этот новый проект под руководством Эстриха, Райана, морского эколога Келли Бенуа-Бёрд и исследователя Чада Валука будет углублённо изучать экологию синих китов, интегрируя междисциплинарное наблюдение за китами, крилем и их экосистемой.