Еще в древние времена карфагенские и арабские моряки наблюдали свечение моря. Карфагенский флотоводец Ганно в V в. до н. э. отмечал, что на юге от Церны он видел море, «горевшее ярким пламенем». Но впервые свечение моря описал португальский мореплаватель и полководец XVI века Жуан де Кастро в своей книге о Красном море.
Теперь мы располагаем уже многими красочными описаниями этого явления. Приведем наиболее интересные из них.
Не прошел мимо этого явления и французский зоолог Эдмонд Перье. «Достаточно кратковременного пребывания на берегу океана,- вспоминал он,- чтобы убедиться, с какой легкостью морские животные производят свет. Принесенная домой морская вода в темноте загорается тысячью блесток от легкого сотрясения. Ночью можно сделать блестящий фейерверк, бросив на море пучок водорослей, вокруг которых сразу же вспыхивают тысячи звездочек. Массы маленьких растеньиц или еле видимых микроскопических животных делаются светящимися при малейшем прикосновении. Мы видели раненых червей, которые, плывя, оставляли за собой молочный светящийся след, исходивший из их ран. Вообще способность вырабатывать собственный свет очень распространена у морских животных. Эта способность самосвечения наблюдается у животных, живущих как на поверхности моря, так и в его глубинах».
По словам биолога С. А. Зернова, «естествоиспытатель в сотый и тысячный раз готов созерцать блестящую расплавленным серебром поверхность взволнованного моря или в тихую погоду следить за горящим следом, который остается сзади идущего своим путем парохода. Ныряющие вокруг парохода дельфины кажутся тогда облаченными в широкие парчовые ризы, а планктонная сетка идет в море и приходит на борт вся в горящих мелких звездах с вершиной конуса, как бы залитой доведенным до белого каления металлом».
Подобных высказываний и свидетельств можно привести еще очень много. Все они говорят о большом интересе человека к этому любопытнейшему явлению природы.
Первые исследователи много столетий тому назад по-разному пытались объяснить свечение моря. Одни относили его к физическим свойствам самой воды, другие полагали, что это явление возникает в результате появления электрических искр в связи с трением судна о воду, третьи объясняли его свойствами фосфора, находящегося в морской воде. Высказывали также мысль о том, что море, поглощая днем солнечные лучи, «отдает» их затем ночью в виде своеобразного свечения.
И лишь в первой половине XIX в. было наконец установлено, что свечение моря обязано своим происхождением главным образом простейшим одноклеточным организмам.
Однако в океанах, в морях встречаются и гораздо более сложные организмы, вплоть до крупных глубоководных животных, вызывающих не только так называемое «свечение мори», но и создающих в глубинах океанов и. морей своеобразную феерию светящегося подводного мира. К этим организмам относятся и светящиеся уступы подводных рифов и скал, освещенных кустами коралловых рощ, и горгонии, ветви которых ярко светятся порой фиолетовым или оранжево-пурпурным цветом, или же переливаются огнями то синими, то зелеными. Часть этих кораллов разбросана по морскому дну, другие гнездятся в расщелинах подводных скал.
Совершенно необыкновенно и по-разному светятся в глубинах моря, в так называемом «царстве вечной ночи» многочисленные рыбы и животные. Когда Вильям Биб, известный океанограф, опустился в батисфере на дно океана, где фотографировал рыб и других животных, ему не пришлось подсвечивать объекты фотографирования — сами существа настолько ярко светились, что этого света оказалось достаточно для съемки. С подобным явлением при подводном фотографировании столкнулись и другие океанографы.
Эти снимки иногда рассказывают о драматических эпизодах, происходящих в глубинах океана. Например, краб нападает на морского светящегося червя, и вскоре жертва оказывается разрубленной пополам острой клешней краба. Что же происходит дальше? Передняя часть червя быстро затухает, а задняя вспыхивает еще ярче прежнего. Краб тут же бросается на светящуюся половину червя и пожирает ее. А в это время передняя часть быстро скрывается. Благодаря тому, что червь способен к регенерации, он через некоторое время отрастит себе хвост и вновь обретет свою полноценность. Задняя часть червя, которая неспособна к регенерации, в подобных схватках служит в качестве световой приманки.
Иная сцена: в момент нападения хищной рыбы на креветку последняя извергает из желез светящееся облако жидкости, световую завесу, которая ослепляет хищника. Креветка же тем временем скрывается. Любопытно, что сама рыба, увлеченная поисками креветки, погибла: ослепленная, она не заметила головоногого моллюска, который схватил и проглотил ее. При этом и моллюск, и рыба светились, и весьма ярко.
Устройство довольно сложной «оптики» светящихся прожекторов у глубоководных рыб помогает им освещать путь во время движения. Кроме того, свечение иных организмов служит своеобразной сигнализацией, средством привлечения добычи и приманкой для особей противоположного пола и для многих других целей.
Обязательным условием, при котором возникает свечение морей и океанов, является соленость воды. Как правило, находящиеся в море светящиеся организмы не светятся в пресной воде. Исключение составляет лишь один из моллюсков, живущих в Новой Зеландии. Правда, в устьях рек, впадающих в моря и океаны, пресная вода перемешивается с соленой и здесь иногда обитают светящиеся организмы. Особенно ярко они светятся в моменты возникновения волн от проходящего над ними корабля.
Можно наблюдать яркое свечение в бурном Бискайском заливе, а также в находящемся неподалеку от экватора так называемом «квадрате 003». Путешественник Крузенштерн, наблюдавший это явление, записал в своем дневнике: «…в сих же местах приметил подобное сому явление и капитан Гарпольт в 1792 г.» В наши дни яркие свечение, особенно в западной части Гвинейского залива, наблюдали советские моряки, идущие из Одессы в Антарктиду на судах флотилии «Слава».
Наибольшее для всего Мирового океана число отмеченных случаев свечения приходится на южную часть Красного моря и Аденский залив; затем — район к востоку от входа в Красное море и участок океана у южной оконечности Индии. Особенно часто море светится здесь в июле — октябре, во время сильных муссонов, вызывающих огромное волнение воды, способствующее свечению.
В ветреную ночь над морем может светиться влажный воздух. В этом случае светятся планктонные организмы, поднятые сильным ветром с поверхности моря вместе с капельками воды.
Свечение организмов в морской воде возникает часто как результат подводных землетрясений: предполагается, что сильные толчки, распространяясь по воде, вызывают раздражение, а том самым и свечение этих организмов.
Нередко море светится очень ярко во время морских смерчей. При этом иногда свечение моря возникает за несколько секунд до рождения гигантской волны. Когда смерч утихает и волна спадает, берега и обнаженное дно очень часто сияют голубым светом. Это светится громадное количество выброшенных сюда светящихся донных организмов, а также ночесветок, перидинеи, веслоногих и ракушковых рачков.
Во время тихоокеанских цунами, когда мощная волна движется иногда со скоростью 300 — 400 км/час, возникают вихревые вращательные движения воды и море светится еще интенсивнее.
Свечение моря — это биолюминесценция множества морских живых существ в приповерхностной толще морской воды. В толще же морской воды способны светиться только определенные виды организмов — от бактерий до рыб включительно, ведущих по преимуществу планктонный, частью нектонный образ жизни.
Сведение организмов бывает внутреннее и внешнее. В первом случае светятся клетки, а во-втором — выделяемые организмом жидкости или слизь. Чаще встречается внутриклеточное свечение и главным образом у бактерий, а также у одноклеточных организмов. Внутриклеточное, свечение у сложноустроенных организмов (у высших ракообразных, головоногих моллюсков и рыб) бывает сосредоточено в особых «светоносных» органах, или фотофорах. Эти органы в морфологическом, физиологическом и оптическом отношениях довольно сложны: они обладают рефлекторами, линзами, цветными фильтрами, а иногда и экранами.
Наиболее часто встречающаяся форма внешнего свечения — выбрасывание организмами облаков светящейся слизи, своеобразные световые завесы, ослепляющие нападающего хищника. Внешнее свечение бывает чаще у высоко организованных морских животных, живущих в глубоких водах.
Биохимически, как уже говорилось, свечение можно объяснить взаимодействием люциферазы и люциферина. Оно возможно только при хотя бы самом минимальном количестве кислорода (при концентрации около 0,5%). Однако имеются организмы, способные к свечению и при отсутствии так называемого свободного кислорода. К ним относятся радиолярии, гребневики и медуза-пелагия. Возможно, что в свечении таких организмов как-то участвует кислород, содержащийся в них в связанном виде.
Для люминесценции всегда необходима вода.,. Так, сухие ракушковые рачки не светятся, но при увлажнении их возникает яркое свечение, хотя сами рачки остаются мертвыми. В 1941 — 1945 гг. японские офицеры были снабжены высушенными ракушковыми рачками. Достаточно было взять щепотку сухих рачков в ладонь и слегка их увлажнить, как возникало свечение, достаточное, чтобы написать или прочесть что-либо, а противнику (даже если он поблизости) совершенно невидимое.
У некоторых видов головоногих моллюсков и рыб свечение обусловлено тем, что железы их заселены симбиотическими светящимися бактериями. В случае опасности такие животные выключают свет бактерий, опуская особые ширмы.
У основной массы непостоянно светящихся организмов единственным возбудителем свечения является механическое раздражение — движение воды, трение о пузырьки воздуха и прикосновение к другим организмам.
Из-за большого количества живых организмов и омертвевших частиц морская вода рассеивает и поглощает свет и таким образом, влияет на характер свечения моря, особенно когда светящиеся организмы располагаются на некоторой глубине. Рассеяние света вокруг светящегося организма образует так называемый ореол; когда светящихся планктонных организмов много, то иногда они сливаются в сплошную световую пелену.
Наличие распадающихся органических веществ весьма способствует развитию морских светящихся бактерий, особенно в прибрежных зонах и в предустьевых участках.
Большое значение для характера и силы свечения бактерий имеет температура моря.
Морской лед светится, очевидно, за счет бактерий: в ячеях льда накапливаются так называемые «выморозки», содержащие соли и органические вещества.
Светятся значительные районы океана в устьях Амазонки, Ганга и Конго — сказывается влияние насыщенного органическими веществами (бактериями) стока этих рек. В районах, где отмечено так называемое цветение моря, развитию светящихся бактерий может содействовать скопление отмерших организмов.
Культуры светящихся бактерий, если их собрать в стеклянные колбы, могут служить своеобразными бактериальными лампами. Такими лампами в 1935 г. был освещен большой зал Парижского океанографического института.
Способность светиться сохраняется культурами бактерий на протяжении ряда лет. Известный ученый Бейеринк культивировал одну и ту же группу светящихся бактерий на протяжении 25 лет (1885 — 1911). Вот уже несколько десятков лет в нашей стране живет в культурах светящаяся бактерия, открытая академиком Б. Л. Исаченко и носящая его имя.
Весьма распространено искрящееся свечение (или «цветение») моря, вызываемое перидинеями. Эти одноклеточные жгутиковые организмы (которых нельзя причислить ни к животным, ни к растениям) бывают разных цветов. Благодаря этому, особенно в дневное время, и создается впечатление так называемого «цветения» моря.
Пиридинеи имеют свой особый подотряд. Один из ее видов ночесветка — широко распространен по всем океанам и описан уже около двухсот лет тому назад. Размер ночесветок колеблется от 0,2 до 2 мм. На месте рта у этих одноклеточных — глубокая впадина, а по всей плазме рассеяны многочисленные капельки светящегося липоидного вещества. Оно составляет около 12% всей массы ночесветки. Таким образом, процентное содержание этого вещества у ночесветки много выше, чем у большинства простейших. Ночесветка насыщена липоидным веществом красновато-розоватого цвета, и поэтому наличие большой массы ночесветок в морской воде придает ей днем розовый или коричневый оттенок. Возможно, что старинное название северной части Калифорнийского залива, изобилующей ночесветкой,- Киноварное море — произошло в результате этого явления.
Вот как описывает скопление ночесветок в западной части Тихого океана И.
Ночесветка встречается только на небольших глубинах. Эту привязанность к соседству с береговой полосой можно объяснить тем, что молодые, только что появившиеся ночесветки должны первые часы своей жизни отлеживаться на грунте.
Радиолярии (лучевики) являются подклассом типа простейших. Это — тепловодные планктонные организмы. В виде радиоляриевого ила (состоящего из скелетов этих организмов) они покрывают большие пространства дна Тихого и Индийского океанов, причем на больших глубинах.
Свет радиолярий — внутриклеточный, голубоватый и возникает только при возбуждении, главным образом при неспокойной воде. Почти непрерывное их свечение можно вызвать механическим раздражением, но вскоре от переутомления они гаснут. Способность светиться появляется у них вновь лишь после одного или двух часов отдыха.
В большом количестве населяют гавани тихоокеанского и атлантического берегов США медузы диаметром от 5 — 10 см. От их света ночью волны кажутся объятыми пламенем.
В 1835 г. исследователь Ратке описал медузу, светившуюся в Севастопольской бухте. Эта медуза (ее диаметр всего несколько миллиметров) широко распространена не только в Черном море, но и в морях Арктики и в Охотском море, ранней весной она плотной массой заполняет устье Темзы.
«Фильгуранс», т. е. «сверкающая»,- называют некоторых гидромедуз. Светятся также гидроидные полипы.
Из отряда дискомедуз особенно известно свечение желто-оранжевой медузы. Она встречается во всех океанах и в Средиземном море и достигает 20 — 30 см в диаметре, имея щупальца длиной до 2 м. Светится у нее внешняя поверхность зонтика и щупальца, причем свечение возникает только при раздражении извне; достаточно легкого прикосновения к медузе, чтобы возникло свечение, длящееся в течение нескольких минут.
У нас на Черном, Балтийском, Баренцевом, Карском и дальневосточных морях встречается светящийся гребневик. По ночам он светится зеленым светом, причем светятся и его длинные, втяжные щупальца.
Широко известен японский вид рачков — «ципридина». Японцы называют его «умихотару» — «морской светляк». Железа, расположенная у рта этих рачков, выделяет светящуюся слизь яркого голубого цвета. В зоне Панамского канала, в бухте Кумбра, можно наблюдать частые изменения цвета моря из-за множества ракушковых рачков; ночью же весь этот район обычно сильно светится.
Вспыхивающий внезапно свет рачка угасает постепенно. Особенно ярко светятся органы на стебельках глаз. Науке известны креветки, имеющие много светящихся точек (около 150). В Атлантическом океане, в Японском море, в заливе Петра Великого и в ряде других мест Мирового океана можно встретить пелагического рачка Люцифера (люцифер — «светоносец»). Это — палочковидная креветка. Ее величина достигает приблизительно 1 см.
В субтропиках и в Средиземном море наиболее часто можно наблюдать светящегося планктонного голожаберного моллюска «филлирроэ». У него — сплющенное прозрачное тело (длиной около 3 см), на голове — пара длинных щупальцев. Днем филлирроэ меняет свою окраску, обладая сложной системой хроматофор, при наличии обитающих в его теле симбиотических водорослей зооксантеллы. При раздражении тело филлирроэ ночью покрывается множеством светящихся точек и издали кажется, что светится весь моллюск.
Глаза улитки птеротрахеи способны по время раздражения светиться голубым цветом.
Имеется целый ряд светящихся видов среди головоногих моллюсков, а также кальмаров, живущих в круглосуточной тьме глубин и лишь иногда по ночам всплывающих на поверхность. Для последних характерны весьма развитые глаза, сетчатка которых насыщена зрительными элементами, и разнообразно устроенные органы разноцветного свечения. Светятся и головоногие, обитающие в мелких водах. Правда, их светящиеся железы не имеют оптических приспособлений, они выделяют светящуюся слизь, или так называемый «шлейф».
Маленький кальмар «светлячок» ватазении (не больше 15 см в длину) обладает наибольшим свечением. В период размножения массы ватазении всплывают на поверхность и очень ярко светятся. Например, 15 августа 1938 г. около 23 часов на 17°56′ с. ш. и 4°18′ в. д. с парохода «Фемистокл» было замечено множество кальмаров (примерно метровой величины), привлеченных светом остановившегося парохода. Как только свет на судне был погашен, обнаружилось массовое люминесцитювание голов кальмаров. Светящиеся органы этих организмов имеют сложное оптическое, морфологическое и физиологическое устройство. При этом они по-разному светятся у разных полов. С этим можно встретиться только у обитателей глубоких вод.
Встречаются неглубоководные и полуглубоководные акулы, светящиеся сильным зеленым цветом. Пользуясь этим явлением, они приманивают добычу. В Средиземном море обитает большая акула, которая светится до того ярко, что это можно видеть и днем. У некоторых акул светящиеся органы находятся на брюшной стороне тела. Свечение фотофоров, расположенных на нижней части тела глубоководных акул, видно иногда на расстоянии свыше 15 м.
У многих рыб одного и того же семейства иногда наблюдается до трех типов светящихся устройств: рефлекторы с пигментными кубиками, одни только пигментные кубики и наружные светящиеся мешочки. У иных рыб особые мышцы вращают светящиеся органы по направлению и пигментной ширме, если требуется затемнение. У других -, светящиеся органы располагаются по обе стороны языка, а иногда встречается двойной светящийся орган на нижней челюсти. Известны рыбы, которые светятся симбиотически, т. е. светом светящихся бактерий, а также рыбы, с большой силой выбрасывающие люминесцирующее облако слизи, образующее световую завесу.
У некоторых рыбок по бокам тела расположены длинные и короткие ряды маленьких светящихся точек (иногда до 300 с каждой стороны). Два ряда таких светящихся точек напоминают мундир со «светлыми пуговицами)). (Недаром одну из таких рыбок в народе называют «морской мичман»). Несмотря на «вою микроскопическую величину, «пуговки» имеют рефлектор, и линзы, и пигментированную выстилку.
Вильям Биб, о котором мы упоминали, составил своеобразный дневник наблюдений над светящимися животными во время погружения в батисфере на глубину 765 м в районе Бермудских островов. На глубине 204 м от поверхности Биб записал: «Нам показалось, что дверь в наружный мир захлопнулась…» Опустившись на 210 м, он заметил примерно около 30 светящихся рыб. На глубине в 335 м Биб отметил, что появилась «светящаяся сетка — тонкая с крупными ячейками, пылающая и беспрестанно меняющая очертания». Когда же Биб опустился на 365 м, то увидел ряд светящихся явлений: в некотором расстоянии от батисферы, затем мимо иллюминатора пронеслась «рыбка-удильщик» длиной в 8 см. У нее на тонком усике горел «лимонно-желтый» фонарик. А более крупный «удильщик», появившийся на глубине 390 м, имел светящуюся пасть, снабженную рядом крупных зубов. Биб увидел на глубине 497 м рыбу с «матово-светящимся пятном неправильной формы», а на глубине в 610 м перед его иллюминатором возникли одновременно уже не менее 10 светящихся объектов. На глубине в 640 м появились сперва два огонька, оказавшиеся рыбами, которые могли произвольно «зажигать» и «гасить» свои «фонарики»; затем — еще 46 таких огоньков, из них 10 были большой величины и «горели» бледно-желтым и голубым светом. Когда батисфера достигла глубины в 752 м, Бибу «особенно посчастливилось»: он увидел рыбку длиной около 15 см яйцевидной формы, с широкой пастью и мелкими зубами, над ней колыхались три длинных усика о прикрепленными на кончиках сильными, сияющими «прожекторами». «Явление было настолько своеобразным,— писал Биб,- что ни один стратонавт, который впервые увидит ландшафты Марса, не будет так поражен, как я, при виде этой картины…»
Какую же пользу извлекает человек от такого явления, как свечение моря?
Дело в том, что при движении судна по морской поверхности сквозь массы светящихся планктонных организмов возникает особенно яркое свечение, которое служит морякам своеобразным ориентиром для плавания в ночное время. Помогает им и свечение воды при сильном приливе-отливе, а также воды, бурлящей вдоль корпуса и за кормой идущего судна. Иногда такой светящийся «шлейф» за кормой растягивается на многие сотни метров. Ночью хорошей ориентацией является светящийся след при движении любого предмета, даже от вибрации цепи у корабля, стоящего на якоре.
Свечение воды возникает ночью и тогда, когда волны разбиваются о мели, подводные камни и рифы. Это обстоятельство зачастую спасает судно от катастрофы или от опасности «сесть на мель».
Известна польза, которую приносит свечение моря в рыболовстве. Так, знатный капитан Приморского края М. Е. Сидельников в течение многих лет пользуется свечением моря для определения местонахождения сардин, скумбрии и сельди. Когда на корабле гасится свет, то на море обнаруживается довольно яркое свечение, вызываемое движением косяка рыбы, причем оно видно за сотню метров. Предельная глубина, на которой заметно свечение рыбы, в иных местах может достигать 30 — 35 м.
Скопление светящихся рачков и эвфаузиид привлекает сельдь к поверхности моря. Зачастую такие скопления покрывают площадь в несколько квадратных километров — представляете какой богатый улов сельди попадает в сети рыболовов? Этот способ лова сельди (при использовании светящихся микроорганизмов) предусмотрен даже в особой инструкции Полярного института рыбного хозяйства.
Все это говорит о том, что живой мир «холодного света» (т. е. биолюминесценция) доставляет человеку эстетическое наслаждение и приносит практическую пользу.