Глава седьмая. Глубоководные погружения [1979 Вуд Ф.Г. - Морские млекопитающие и человек]

Обитание в водной среде создает целый ряд трудностей для животных, дышащих воздухом. Их дыхание лимитировано внешними условиями и требованиями, которых не знают наземные животные. Хотя дельфины есть повсюду, хотя их приручают, о природе их дыхательной функции почти ничего неизвестно. Но она должна управляться особым образом, иначе их жизнь в воде была бы невозможна.

Каким образом попадают в пасть кашалоту чрезвычайно подвижные глубоководные кальмары - приманивает ли он их, или преследует - нам неизвестно. Но нам прекрасно известно, что кашалот ищет их на глубине до 1,2 км, и даже глубже, причем он может оставаться там значительно больше часа. Для млекопитающего, которое происходит от наземных животных и дышит воздухом, подобный образ жизни исключительно сложен.

Некоторые из родственников кашалота, представители семейства клюворылых китов, хотя они и меньше по размерам, но в искусстве нырять на глубину ни в чем не уступают своему родичу-гиганту. Мелкие китообразные, как мы полагаем, таких глубин не достигают, но есть свидетельства, что обыкновенный дельфин, хорошо известный своей привычкой "седлать" волну, расходящуюся от носа корабля, по ночам охотится за рыбой и головоногими на глубине 240 м, а это тоже не мало.

Тюлени и морские львы сохранили связь с сушей и, следовательно, менее приспособлены к водному образу жизни, чем дельфины и киты. Но некоторые из ластоногих ныряльщики хоть куда! Известно, что антарктический тюлень Уэдделла может нырять на глубину 610 м. Один тюлень пробыл под водой 43 минуты, достигнув при этом глубины 200 м.

Для теплокровного животного, дышащего атмосферным воздухом, умение столь долго пребывать в мире холода, мрака и всесокрушающего давления - это замечательное достижение. Так как же оно распоряжается тем количеством кислорода, которое несет в легких и которого, на первый взгляд, не должно хватать для совершения глубоководных погружений? Как оно противостоит не только прямому физическому воздействию давления, но и последствиям быстро сменяющих друг друга процессов компрессии и декомпрессии организма?

Человек удивительно хорошо приспособлен для ныряния, хотя для него, наземного животного, подводный мир - стихия намного более чуждая и грозная, чем для его младших братьев, давным-давно обосновавшихся в водном царстве. Возможно, мы лучше оценим проблемы, которые приходится решать морским млекопитающим при погружениях на большие глубины, если перечислим, чем грозит человеку слишком длительное пребывание на чрезмерной глубине.

По крайней мере уже 6000-7000 лет человек совершает набеги на дно морское, добывая жемчуг, дорогие кораллы, губок и различные виды съедобных животных. Главным действующим лицом этих набегов был нагой ныряльщик, достигал он дна с помощью камня, а область его вторжения ограничивалась прибрежной зоной с 30-метровыми глубинами. Даже индейцы племени лукаян, ловцы жемчуга в Карибском море, славившиеся как прекрасные ныряльщики на большие глубины, вероятнее всего, не опускались (хотя, как говорят, они умели задерживать дыхание на 15 минут). Знаменитые японские "ама" - женщины водолазы, трудятся уже свыше 2000 лет на глубинах от 15 до 24 м. С возрастом они теряют слух и у них усиливается предрасположенность к легочным заболеваниям.

Ловцы жемчуга с островов Тихого океана опускаются глубже - до 42-45 м, но некоторые из них расплачиваются за это, заболевая странным недугом - "тараваной", что означает "падение в приступе безумия". В разных местах приступы тараваны протекают по-разному. Они сопровождаются головокружением и рвотой, заканчиваются частичным или полным параличом, а бывают и случаи смертельного исхода. Таравана как-то связана с режимом дыхания. Ее не знают ныряльщики острова Мангаре-ва, отдыхающие между погружениями по 12-15 минут, а искатели жемчуга островов Паумоту, ныряющие на те же глубины, но гипервентилирующие легкие частыми и глубокими вдохами на протяжении 3-10 минут между погружениями, страдают от тараваны.

Самыми глубоководными ныряльщиками в мире являются, по-видимому, греческие охотники за губками. Они достигают глубин порядка 56 м. (Рассказывают, что один, теперь уже легендарный, ныряльщик в 1906 году достал потерянный якорь с глубины 60 м^*.) С античных времен до нас дошли рассказы о тяжести труда, болезнях и недолгой жизни тогдашних средиземноморских ныряльщиков, но обследования, проведенные уже в наши дни, показали, что их нынешние потомки менее всех прочих профессиональных ныряльщиков страдают от физиологических нарушений. На этом основании делается даже вывод, что за сотню с лишним поколений у потомственных ныряльщиков могла-де выработаться и закрепиться невосприимчивость к воздействию глубоководных погружений. Так это или не так, сказать трудно. Но когда в руки охотников за губками попал мягкий водолазный скафандр со шлемом, изобретенный в 1837 году Августом Зибе, и они стали оставаться на глубине дольше, чем их предки, половина из тех, кто работал в скафандре, скончалась в течение года. Лишь постепенно, действуя методом проб и ошибок на протяжении многих лет, греки сумели разработать водолазные правила, которыми определялась длительность пребывания под водой, безопасная скорость возвращения на поверхность и допустимая периодичность погружений. Потомки тех "шлемоголовых" и теперь, по общему мнению, могут дольше всех собратьев по профессии работать на морском дне.

^* (Рекорд глубины для ныряльщика, не пользующегося никаким подводным снаряжением, равен 73 м. Он принадлежит специалисту по спасанию экипажей из подводных лодок Роберту Крофту. Но это именно рекорд, а не рабочее погружение с выполнением какого-то задания на глубине. Едва достигнув 73-метровой отметки, Крофт немедленно начал подъем.- Прим. авт.)

Но если до изобретения водолазного костюма греческие охотники за губками пользовались репутацией мирных и добросердечных людей, то, начав пользоваться "шлемом", они совершенно преобразились и превратились "в кучку крикливых пьянчуг. В гавани они только и знают, что напиваются в честь того, что вернулись живыми, и пытаются с помощью спиртного набраться храбрости на новый поход"^*.

^* (Подробно рассказано о японских "ама" в книге "Физиология погружения и японские ама" (публикация № 1341 Национального исследовательского совета Национальной академии наук, Вашингтон, 1965). В книгу включена глава о ловцах жемчуга с островов Туамоту, написанная Э. Р. Кроссом. Материалы о греческих охотниках за губками большей частью взяты из статьи Питера Трокмортона в сборнике "Человек под водой", изд-во "Чилтон-букс", 1965.)

С чисто теоретических позиций очень трудно представить себе ныряльщика, уходящего под воду глубже, чем на 30 м. Уже на этой глубине, как подчеркивается в учебнике для водолазов военно-морского флота США, ныряльщик подвергается давлению 4 атмосферы. Его легкие, имеющие на поверхности объем около 6 литров, сжимаются там до 1,5 литров, то есть почти до так называемого остаточного объема, соответствующего полному выдоху. Дальнейшее погружение может вызвать травму легких вследствие сжатия грудной клетки или вдавливания диафрагмы в грудную полость. При этом кровь и лимфа выжимаются в альвеолы и бронхи, где имелся остаточный воздух под меньшим давлением. Ныряльщикам-туземцам тихоокеанских островов вряд ли об этом известно, да послужит им это неведение во благо.

Это внешнее "сжатие" весьма опасно, хотя сопротивляемость ему колеблется в широких пределах. Но это только одна из опасностей, которым подвергается глубоководный водолаз в мягком скафандре. При повышенном давлении в больших количествах начинает растворяться в крови азот. И если водолаз долго находится на глубине, его кровь и ткани тела успевают до предела насытиться газом. При медленном подъеме на поверхность растворившийся газ успевает выделиться из крови и тканей тела через легкие в процессе нормального дыхания. Но если водолаз станет подниматься быстро, излишки азота выделятся в виде пузырьков непосредственно в сосудах и тканях тела, как это происходит в бутылке с газированной водой, когда ее открывают. Эти пузырьки вызывают мучительные боли, а в более острых случаях - паралич и смерть. Хотя раньше всех, еще в древности, столкнулись с этой декомпрессионной болезнью охотники за губками и жемчугом, она получила свое нынешнее общепринятое название "кессонная болезнь" в XIX веке, когда ее трагические последствия испытали на себе рабочие, спускавшиеся в кессоны, где при повышенном давлении устанавливали быки мостов и прокладывали туннели под реками. Единственный способ избежать кессонной болезни - это постепенно снижать давление, так чтобы растворившийся в крови азот выделялся, не образуя пузырьков в сосудах и тканях тела.

Многие считают, что ныряльщику, уходящему под воду без акваланга или мягкого скафандра со шлемом, кессонная болезнь не грозит. Он мало времени проводит на дне, сжатого воздуха не вдыхает, остатки воздуха в его легких выжимаются в бронхи, откуда газ в кровь не поступает. Все это верно, если говорить об однократном погружении, но, когда ныряльщик уходит под воду несколько раз подряд, в его крови постепенно накапливается избыточное количество азота. И в конце серии погружений человек должен ощутить какие-то признаки кессонной болезни.

В действительности дело так и обстоит, и кессонная болезнь под различными названиями хорошо известна ныряльщикам-профессионалам, хотя они могут и не понимать сути происходящих с ними явлений. В качестве примера приведу убедительный опыт, который проделал над собой один офицер-медик датского военно-морского флота: совершив подряд несколько погружений на глубину 20 м в учебном бассейне, он ощутил симптомы кессонной болезни^*. Есть только один путь для того, чтобы избежать накопления избыточного количества азота в крови: надо нырять с большими интервалами, в течение которых полностью восстанавливается нормальная концентрация азота в организме.

^* (Этот опыт провел на себе датский офицер П. Паулев. Его результаты он приводит в своей статье "Декомпрессионная болезнь после нескольких погружений с задержкой дыхания", включенной в публикацию № 1341, о которой говорится в предыдущем примечании.)

Таравана ловцов жемчуга с островов Паумоту остается для нас загадкой. В отличие от кессонной болезни она может, проявиться в виде внезапного и полного паралича в тот момент, когда ныряльщик находится на значительной глубине. Еще удивительнее, что жертвы тараваны не ощущают болей. Нет никаких сомнений в том, что таравана - это разновидность кессонной болезни, но мы пока не поняли, почему она так отличается от обычной формы и что именно ее вызывает.

После изобретения акваланга стало широко известно о коварном действии сжатого азота, именуемом азотным отравлением. Однако в узком профессиональном кругу об этом явлении знают уже 150 лет. Первыми испытали на себе азотное отравление водолазы, надевшие металлический шлем Зибе. С ними вдруг начинало твориться что-то странное. Они начинали ощущать непреодолимое желание ловить руками рыбок, пуститься в затейливый танец и совершенно забывали о работе. Бывали случаи, когда водолаз собственной рукой перерезал шланги, подающие воздух в его шлем. Очень долго не удавалось понять, в чем здесь дело, да и сейчас это явление, которое капитан Жак-Ив Кусто назвал "зовом бездны", изучено далеко не полностью. Но под этим волнующим названием оно стало известно миллионам людей, да послужит эта известность предупреждением беспечным и неосмотрительным аквалангистам.

Азотное отравление подстерегает аквалангиста или водолаза в скафандре со шлемом, если он дышит атмосферным воздухом на глубине свыше 30 м. Восприимчивость к отравлению носит индивидуальный характер, так что некоторые водолазы спокойно работают на глубине 60 м, а кое-кто не слышит "зова бездны" даже на глубине 90 м. Избавить человека от опасностей азотного отравления может только переход на дыхательные смеси, не содержащие азота, например гелиево-кислородные. Сейчас принято считать, что сжатый азот, растворяясь в крови, действует подобно алкоголю или слабым анестезирующим и наркотическим средствам. Чем выше давление, тем сильнее проявляется это действие, все более напоминая действие "веселящего газа" - закиси азота.

Простым ныряльщикам, не имеющим ни аквалангов, ни мягких скафандров со шлемами, азотное отравление, видимо, не грозит. На большие глубины, туда, где существует опасность такого отравления, они попадают очень редко, бывают там недолго, кроме того, запас воздуха у них в крови и легких очень ограничен. Но не исключено, что, сумей кто-то из них задержать дыхание на несколько минут и погрузиться на глубину свыше 60 м, как это делают морские млекопитающие, такой смельчак рисковал бы услышать "зов бездны".

И, наконец, о последней опасности, подстерегающей ныряльщика на морском дне. Запасы кислорода, растворенного в его крови и тканях тела, постепенно истощаются, и как только концентрация углекислого газа в организме достигнет определенной величины, ныряльщик оказывается во власти безусловного рефлекса выдоха - вдоха. Избавить человека от этого рефлекса может только увлеченность работой или какое-нибудь неожиданное событие, полностью овладевающее его вниманием; только в этих условиях человек не ощущает аноксии--недостатка кислорода в тканях тела и не чувствует непреодолимого желания повторить вдох.

Итак, аноксия вследствие уменьшения концентрации кислорода в тканях тела при длительном пребывании на глубине, "сжатие" тела, декомпрессионная болезнь в ее различных проявлениях и азотное отравление - вот краткий перечень явлений, с которыми, по нашему мнению, должны сталкиваться морские млекопитающие, часто совершающие глубоководные погружения. И поскольку китообразные и тюлени выдерживают длительные погружения на значительные глубины безо всякого ущерба для себя, ясно, что за миллионы лет жизни в воде у этих животных появились какие-то физиологические и анатомические особенности, защищающие от всех перечисленных факторов.

Но ведь китообразные и ластоногие - это не единственные ныряльщики в животном мире. Есть много ныряющих птиц, есть такие полуводные животные, как бобры, выдры, водяные крысы и бегемоты, проводящие под водой немало времени. Все они ныряют неглубоко, но тем не менее их анатомия и физиология претерпели ряд изменений, позволяющих им подолгу находиться под водой. И многие важные открытия, касающиеся физиологии глубоко ныряющих животных, были сделаны именно благодаря изучению хорошо знакомых вам мелких животных, часто и подолгу бывающих на малых глубинах.

Первооткрывателем в области физиологии погружения в воду является французский биолог Поль Бэр. Бэр интересовался широким кругом вопросов, и среди них - определением различий между чисто наземными и ныряющими животными. Около ста пет тому назад Бэр опубликовал отчет о своих опытах с утками, бобрами и ондатрами. Сравнивая утку, часть времени проводящую под водой, с курицей, которая является чисто наземным животным, Бэр отметил, что при насильственном погружении в воду утка затихает на несколько минут, а курица тут же начинает бешено бороться и гибнет быстрее, чем утка. Обнаружив, что в теле утки содержится примерно вдвое больше крови, чем в теле курицы, Бэр сделал вывод, что утка запасает вдвое больше кислорода, чем курица, и именно этим объясняется способность уток пребывать под водой длительное время. Доказывая свою гипотезу, Бэр проделал следующий опыт: выпустив часть крови из утки, он уравнял объемы крови утки и курицы и убедился, что обе птицы гибнут под водой одновременно.

Позднейшие исследования показали, что разница в длительности погружения различных животных значительно превышает разницу в объемах крови. Следовательно, способность к длительному пребыванию под водой зависит не только от объема крови, но и от других особенностей, как анатомических, так и физиологических. В частности, выяснилось, что, когда животное погружается в воду, частота сокращений его сердечной мышцы уменьшается. Это замедление деятельности сердца - брадикардия - приводит к уменьшению поступления кислорода к мышечным тканям. В отличие от сердца и мозга мышцы могут некоторое время работать в анаэробном режиме (то есть без потребления кислорода) за счет собственного запаса, который восстанавливается, как только животное возвращается на поверхность. И, наконец, было обнаружено, что у ныряющих животных дыхательный центр малочувствителен к увеличению концентрации углекислого газа в крови. Это приводит, во-первых, к более полному использованию запасов кислорода, а во-вторых, к торможению рефлекса выдоха - вдоха.

Физиологические механизмы, регулирующие деятельность организма под водой, как правило, начинают действовать с момента погружения (хотя, например, утке для этого достаточно принять позу, предшествующую нырку). Все они относятся к безусловным рефлексам и, по наблюдениям Лоуренса Ирвинга (которого я цитировал в начале главы), присущи не только ныряющим животным, хотя у них эти механизмы развиты значительно сильнее. Брадикардия при погружении в воду имеет место, например, у всех наземных животных, а у некоторых людей она отмечается даже в тех случаях, если они просто погружают лицо в воду. Интересно, что у рыб брадикардия проявляется в обратном порядке-она возникает, когда рыбу вынимают из воды^*.

^* (Опыты Поля Бэра с утками и мелкими ныряющими млекопитающими описаны в его книге "Лекции по сравнительной физиологии дыхания", вышедшей в Париже в 1870 году. О позднейших работах в этой, области можно прочесть в следующих обзорах: Лоуренс Ирвинг "Дыхание ныряющих млекопитающих" (см. журнал "Physiological Reviews", том 19, стр. 489-491, 1939); П. Ф. Шоландер "Животные в водной среде обитания: ныряющие млекопитающие и птицы" (см. сборник "Адаптация к среде обитания", изданный Американским физиологическим обществом, Вашингтон, 1964); X. Т. Андерсен "Физиологическая адаптация у ныряющих позвоночных" (см. журнал "Physiological Reviews", том 46, стр. 212-243, 1966).)

Лабораторные опыты с мелкими животными во многом прояснили физиологические явления, происходящие в организме при погружении, однако нам понятно еще далеко не все, потому что мы лишены возможности непосредственно изучать этих животных в естественных условиях. О физиологических особенностях китообразных можно только строить догадки на основании результатов исследований на палубах китобойных судов. Расчеты уровня метаболизма китообразных во многом приблизительны или основаны на предположениях. Даже по поводу того, на какую глубину ныряют киты, единого мнения нет. Одни считают, что киты ныряют очень глубоко, другие, указывая, что нам неизвестно, на какую глубину способен нырять кит, тем не менее берут на себя смелость утверждать, что при длительном погружении не возникает никаких особых физиологических проблем.

Примером того, сколь противоречивы мнения на этот счет, может служить дискуссия под общим заголовком "Достигают ли киты больших глубин?", которую поднял на своих страницах английский журнал "Нэйчур" в 1935 году. Дискуссию начал читатель Р. Б. Грэй. Грэй утверждал, что загарпуненный кит ныряет прямо вниз и всплывает рядом с местом погружения. Следовательно, продолжал Грэй, о глубине, на которую нырнуло животное, можно судить по длине отданного гарпунного линя. Взрослый гренландский кит выбирает в таких случаях от 1280 до 1460 м линя, гренландский кит, еще не достигший зрелости,- от 730 до 1100 м, а детеныши - вдвое меньше. Взрослый самец кита-бутылконоса (вид не указан) выбирает 1300 м линя, самки и детеныши - вдвое меньше. Грэй считал, что это и есть те глубины, которых достигают киты.

Известный английский цетолог доктор Ф. Д. Оммани высказал несогласие с утверждениями Грэя. По мнению Оммани, совпадение мест погружения и всплытия не может свидетельствовать о том, что раненый кит совершает нырок по вертикали, и, стало быть, длина вытравленного линя ни о чем не говорит. Более того, указывал Оммани, поведение животного в этих условиях нельзя считать естественным. В заключение Оммани высказал мнение, что в нормальных условиях киты ныряют не глубже, чем на 360 м. "Невероятно,- писал он,-чтобы животное могло выдержать большее давление".

Грэй возразил Оммани. Он процитировал слова известного китобоя Уильяма Скорсби-младшего, подчеркнувшего, что длина бухт гарпунного линя, которые китобой держит наготове, определяется именно глубиной в месте промысла и лишь на очень глубоких местах длина выбранного линя зависит от размеров и силы добываемого животного. По мнению Грэя, эти слова Скорсби свидетельствуют о том, что раненый кит совершает вертикальный нырок. Утверждая, что раненый кит во время нырка достигает лишь привычных ему глубин, Грэй рассуждает следующим образом: "Если бы загарпуненный кит уходил глубже, чем это ему дозволено природой, он получил бы серьезные внутренние повреждения, которые лишили бы его сил и подвижности, а между тем тот же Скорсби пишет: "Часто кит, всплывший после ранения, выглядел полным сил". В качестве дополнительного аргумента Грэй приводил рассказы о случаях, когда кит совершает такой глубокий вертикальный нырок, что линь обрывается, однако кит отнюдь не гибнет, раздавленный чрезмерным давлением, а уходит на свободу и даже может оправиться от раны: в руки китобоям попадала животные, в телах которых охотники обнаруживали старые гарпуны^*.

^* (См. журнал "Nature", том 135, стр. 34-35, 429-430 и 656- 657, 1935.)

Не знаю, убедили ли эти доводы доктора Оммани. По-моему, спор еще некоторое время продолжался.

Большой вклад в изучение ныряющих птиц и млекопитающих внес норвежский ученый Пер Ф. Шоландер. Его первая работа на эту тему, вышедшая в 1940 году, до сих пор остается единственной в своем роде по глубине и широте охвата темы. Поскольку труды Шоландера во многом помогли нам в наших исследованиях, я считаю необходимым вкратце рассказать о результатах, достигнутых норвежским ученым. По данным, полученным от китобоев, и по собственным наблюдениям за длительностью погружения китов самых разных видов Шоландер установил, что дольше всех способны пробыть под водой кит-бутылконос (2 часа) и кашалот (около часа). Он отметил, что перед погружением кит совершает несколько учащенных сильных вдохов, сопровождающихся фонтанами пара из дыхала. Вынырнув, кит отдыхает тем дольше, чем длительней было погружение, и вновь пускает фонтаны. Исследовав мышечные ткани кита-бутылконоса и кашалота, Шоландер обнаружил, что они содержат очень большое количество кислорода - почти половину всего запаса кислорода в организме. Тем самым Шоландер отчасти подтвердил ранее высказанную догадку, что в период пребывания под водой подача кислорода в мышечные ткани резко сокращается, а так называемая retia mirabilis ("чудесная сеть") - особая система кровеносных сосудов, развитая у китообразных, подает в это время кровь в обход мышц, снабжая кислородом только сердце и мозг.

Исследование вопроса о том, страдают ли кессонной болезнью морские млекопитающие, Шоландер начал с прямых измерений глубин, которых достигают животные. Как уже было сказано, в то время эти глубины оценивались лишь предположительно, причем оценки разных ученых сильно расходились между собой. Оммани, например, называл цифру 40 м, другие ученые - 90 м. Известен был факт, что кашалот запутался в кабеле на глубине 275 м. Известен был и другой факт: загарпуненный финвал нырнул и сломал шейные позвонки при ударе о дно, до которого было 502 м.

Изобретательный Шоландер сконструировал простейший глубиномер, заполнив окрашенной водой стеклянную капиллярную трубку и запаяв ее с одного конца. После высыхания воды на внутренних стенках трубки оставался осевший слой краски. При погружении в воду трубка частично заполнялась с открытого конца, краска на стенках заполненной части растворялась и смывалась, и по соотношению длин окрашенной и неокрашенной частей трубки можно было рассчитать, на какой глубине побывал прибор. Откалиброванные в лаборатории трубки закрепляли с помощью легкой сбруи на телах обыкновенной морокой свиньи и нескольких тюленей. К сбруе привязывали рыболовную леску длиной 180 м с поплавком на конце. Животному давали несколько раз нырнуть на свободе, а потом вновь отлавливали его и снимали снаряжение. Наибольшая глубина погружения обыкновенной морской свиньи составила 20 м, а полугодовалый серый тюлень при первом же погружении достиг 76-метровой отметки.

Шоландер повторил эти измерения во время охоты на финвалов, прикрепив трубки к гарпунам и договорившись с китобоями, чтобы они не ограничивали движений раненых животных, натягивая гарпунный линь (что они обычно делают). Почти все загарпуненные животные ныряли и были еще живы, когда возвращались на поверхность. Финвал, нырнувший на наибольшую глубину - 365 м, тащил потом за собой китобойное судно в течение получаса, прежде чем его добили. Но один легко раненный кит, ушедший на глубину 230 м, всплыв, лег на бок, выпустил несколько фонтанов и умер. Китобои утверждали, что такие случаи бывали не раз. Нельзя было со всей уверенностью утверждать, что этот финвал погиб от кессонной болезни, но Шоландер считал эту причину достаточно вероятной. По поводу того, испытали ли бы кессонную болезнь запутавшийся в кабеле кашалот и сломавший позвонки финвал, вернись они живыми на поверхность (о чем говорилось ранее), Шоландер не мог ничего сказать.

Получив представление о глубинах, которых достигают китообразные и ластоногие разных видов, Шоландер произвел сравнительное исследование их легких и обнаружил, что чем большей глубины достигает данный вид животных, тем меньший объем имеют их легкие по отношению к размерам тела. Следовательно, рассудил Шоландер, чем глубже ныряет животное, тем меньшие количества кислорода оно несет в легких. Обнаруженная закономерность подтверждалась наблюдением, что тюлени перед тем, как нырнуть, или на самой начальной стадии погружения совершают выдох. Значит, от избыточного растворения газов в крови под давлением нырнувшее животное защищает себя тем, что берет с собой минимальное количество воздуха. Именно это избавляет животное от кессонной болезни при быстром возвращении на поверхность. Вдобавок, во время глубоководного погружения легкие сжимаются до остаточного объема и воздух выжимается из них в толстостенные хрящевые бронхи, где газообмена с кровью практически не происходит. Из всего этого следовало, что наибольшую опасность с точки зрения декомпрессионного поражения представляет собой не глубоководное погружение с быстрым возвращением на поверхность, а длительное пребывание на сравнительно небольшой глубине, где легкие не сжимаются до остаточного объема под давлением воды "Очень может быть,- писал Шоландер,- что кашалот и кит-бутылконос, ныряя, стремятся как можно быстрее пройти первые две сотни метров именно для того, чтобы избежать опасности декомпрессионного поражения три возвращении"^*.

^* (Работа П. Ф. Шоландера "Экспериментальные исследования дыхательной функции ныряющих млекопитающих и птиц" появилась в 1940 году на норвежском языке (см. "Hvalradets Skrifter", № 22, Осло).)

Все сомнения по поводу того, каких глубин могут по собственной воле достичь кашалоты, отпали в 1957 году после опубликования доклада о 14 случаях, когда кашалоты запутывались в подводных кабелях. В шести случаях кабели лежали на глубинах от 900 до 1100 м. Число этих случаев слишком велико, чтобы допустить, что в кабеле запуталось тонущее агонизирующее животное, хотя и неясно, каким именно образом происходят эти печальные происшествия. Пока предложено всего одно более или менее правдоподобное объяснение: кашалот, преследуя добычу у самого дна, стремительно несется вперед с широко раскрытой пастью, отставив нижнюю челюсть под большим углом; со всего хода зацепившись нижней челюстью за кабель, он кувыркается (так бывает с дельфинами, попадающими в сеть) и при этом может безнадежно запутаться^*.

^* (См. статью Б. С. Хизна "О китах, запутавшихся в глубоководных кабелях" в журнале "Deep Sea Research", том 4, стр. 105-115, 1957.)

В начале главы я упомянул о том, что тюлень Уэдделла может задержать дыхание на 43 минуты и погрузиться на 600 м. Образ жизни и непосредственная среда обитания этого животного побудили ученых заняться внимательным изучением тюленя Уэдделла - крупного подвижного животного, вес которого доходит до 450 кг. Обитая в антарктических водах, он часто попадает в такие ситуации, когда целой группе животных приходится дышать через единственное отверстие во льду. Доктор Дж. Л. Койман использовал эту особенность для регистрации глубины и длительности погружений тюленя Уэдделла. На взрослых тюленях закрепляли соответствующие датчики и выпускали животных в единственную отдушину в радиусе 1,5 км. Тюлени могли вернуться только к этой же отдушине, где с них и снимали все приборы. Койману удалось получить данные не только о глубине и общей длительности погружения, но и о скорости спуска и подъема. Оказалось, что, ныряя на глубину 300 м и более, тюлени опускаются и возвращаются с большей скоростью, чем при неглубоких погружениях. Конечно, они могли делать это, желая подольше побыть на глубине, но не следует забывать и о выводах Шоландера. Быть может, ныряя на большую глубину, тюлень Уэдделла инстинктивно стремится быстрее миновать опасную зону, пребывание в которой грозит ему кессонной болезнью. И вполне возможно, что он медленно возвращается на поверхность после неглубоких погружений именно по той же причине, по которой не торопится вернуться наверх водолаз, закончивший долгую работу на морском дне^*.

^* (Дополнительные подробности о работе Дж. Л. Коймана см. в его статье "Анализ поведения и физиологии ныряния тюленя Уэдделла", вошедшей в сборник "Биология антарктических морей" (публикация № 1579 Американского геофизического союза, 1967).)

К моменту начала наших работ, то есть к 1960 году, общая картина взаимодействия различных биологических механизмов, срабатывающих при глубоководных погружениях, была очень неполной, а кое в чем и противоречивой.

Всеми этими вопросами очень заинтересовался Сэм Хьюстон Риджуэй, первый ветеринарный врач наших питомцев. Мы познакомились с ним в ту пору, когда он был офицером и служил на военно-воздушной базе в Окснарде, по соседству с нами. Во флотских частях своих ветеринаров не было, и, когда наши дельфины заболевали, мы, естественно, обращались за помощью к ведомству капитана Риджуэя, тем более что в этом случае нас не затруднял вопрос о стоимости лечения. Закончив военную службу, Риджуэй поступил к нам на станцию как вольнонаемный, и ему были поручены заботы о здоровье животных.

Сэм - человек неисчерпаемой энергии, всеобъемлющей любознательности, изобретательного ума и цепкой хватки. Он проводил на станции целые дни, обычно заглядывал и по уикэндам, чтобы проверить состояние животных и в случае нужды назначить курс лечения, а вечера посвящал писанию отчетов. За три года он добился международной известности как специалист по лечению морских млекопитающих, а еще двух лет ему хватило, чтобы стать известным физиологом.

Первая работа Сэма была посвящена сравнению характеристик крови трех различных видов дельфинов. Это были: белокрылая морская свинья, о которой шла речь в главе 3, атлантический бутылконосый дельфин, обитающий на прибрежном мелководье (он может развивать скорость до 37 км/час, но никогда не считался самым быстрым пловцом среди китообразных), и тихоокеанский белобокий дельфин, или лэг,- животное, обитающее в открытом море, как и 'белокрылая морская свинья, во уступающее ей в скорости плавания и, вероятно, в глубине погружения. Иными словами, в некоторых отношениях лэгов можно было считать занимающими промежуточное положение между бутылконосыми дельфинами и белокрылой морской свиньей.

Важной частью работы было определение способности крови запасать кислород. Запас кислорода в организме зависит от концентрации красных кровяных телец и общего объема крови. До этого никто не пытался измерить общее количество крови у живого китообразного. Проводя такие измерения на других животных, исследователь просто-напросто измерял количество крови, которое вытекало из умирающего животного, получая при этом заниженные и неточные результаты.

Сэм применил недавно разработанный безвредный способ, основанный на введении в кровь живого организма небольшой дозы (радиоактивного йода. Через 10 минут после введения (предполагается, что за это время произойдет полное обращение крови и йод распределится в ней равномерно) у животного отбирается небольшая проба крови и определяется ее радиоактивность. По степени концентрации йода определяется полный объем крови. Количество красных кровяных телец измеряется стандартным лабораторным методом.

Результаты для всех трех видов были поразительно несхожи. Отношение количества крови к весу тела белокрылой морской свиньи оказалось вдвое больше, чем у атлантического бутылконосого дельфина. Лэги заняли место точно посредине. Еще большие различия обнаружились в способности крови насыщаться кислородом. У белокрылой морской свиньи эта способность была втрое больше, чем у бутылконосого дельфина. Относительный вес сердца у белокрылой морской свиньи оказался в 1,4 раза больше, чем у атлантического бутылконосого дельфина (измерения проводились на животных, погибших по тем или иным причинам). Полученные данные очень хорошо согласовывались с тем, что было или считалось известным об экологии и поведении животных всех трех видов. Так удалось объяснить, почему белокрылые морские свиньи могут плавать быстрее и нырять глубже, чем бутылконосые дельфины^*.

^* (См. статью С. X. Риджуэя и Д. Дж. Джонстона "Кислородная емкость крови и экология дельфинов трех родов" в журнале "Science", том 151, стр. 456-458, 1966.)

Как указывалось ранее, при первых исследованиях физиологии ныряния животных насильственно погружали в воду. Трудно ожидать, чтобы дельфин или тюлень, привязанные к доске и опущенные под воду вопреки их желанию, вели себя точно так же, как если бы они ныряли по собственной воле. Более того, во время подобных опытов животные, случалось, гибли, хотя их не заставляли делать ничего такого, что выходило бы за пределы их возможностей.

Успешное обучение дельфинов погружениям по команде дрессировщика в открытом море позволило Сэму Риджуэю провести уникальный опыт с участием Таффи. Во-первых, Сэм решил узнать, насколько глубоко может нырять Таффи. А во-вторых, он задумал проанализировать состав воздуха, выдыхаемого Таффи, в трех различных ситуациях: а) немедленно после всплытия с большой глубины, б) после задержки воздуха в легких на время, равное времени глубоководного погружения (при условии, что дельфин не уходит с поверхности) и в) после того, как дельфин преодолеет расстояние от одного водолаза до другого на глубине 20 м (то есть на малой глубине) за время, равное времени глубоководного погружения. В конце каждого опыта Таффи должен был поднырнуть под перевернутую воронку и выдохнуть в нее воздух, после чего взятые пробы воздуха доставлялись в лабораторию. Как видите, дельфину предстояло поработать и весьма основательно.

К этому времени Таффи нырял уже глубже, чем на 180 м. Он обучился плыть под водой от одного водолаза к другому по вызову зуммера или другого акустического прибора. Старшине Биллу Скронсу надо было научить дельфина по команде задерживать дыхание на определенный срок в положении "лежа на поверхности", а затем отработать завершающий эффектный трюк - выдох под перевернутую воронку. Дельфин великолепно понял, чего от него хотят, и, по словам Скронса, освоил новую систему выдоха за 10 минут.

Место работы Таффи находилось в 8 км от станции. Обычно он "седлал" волну, расходящуюся из-под винта катера Скронса, и большую часть пути "ехал зайцем". Прибыв на место, Скронс опускал учебный прибор на предписанную глубину, включал зуммер, Таффи нырял, толкал носом шток, звук выключался, дельфин возвращался, не всплывая, выдыхал воздух под воронку, а затем уже выпрыгивал на поверхность за наградой и свежим воздухом.

По поведению дельфина и его эхолокационным щелчкам было ясно, что Таффи с момента погружения прибора в воду непрерывно следит за его местонахождением. Возможно, о глубине, на которой завис прибор, дельфин мог судить по интенсивности приходящего на поверхность сигнала. Как бы то ни было, дельфин всегда знал, на какую глубину ему предстоит нырять, и перед погружением на 150-180 м гипервентиллировал свои легкие, совершая 3-4 быстрых вдоха-выдоха. Поскольку он гипервентилировался даже в том случае, когда такое глубоководное погружение было первым погружением в этот день, можно утверждать, что он действительно знал, куда его пошлют, и его поведение не было связано с затратой сил во время предыдущего погружения. Когда дельфину предстояло задерживать воздух в легких, оставаясь на поверхности, он не гипервентилировался, потому что не мог заранее знать, сколько времени ему прикажут не дышать.

Всего Таффи совершил 370 глубоководных погружений. Полная длина кабеля, к концу которого был подвешен контрольный прибор, составляла 300 м, дельфин достигал этой глубины и возвращался обратно за 3 минуты 45 секунд. За время одного занятия - 60 минут - он нырял 9 раз на глубину 200-300 м с интервалами 3-5 минут. Оставаясь на поверхности, Таффи задерживал воздух в Легких в среднем на 4 минуты. Рекордное время задержки составляло 4 минуты 45 секунд^*.

^* (Пег, проходившая подобный же курс обучения, могла задерживать дыхание даже на 6 минут.- Прим. авт.)

Таффи плывет на урок, оседлав кормовую волну катера

Схема обучения глубоководным погружениям: после того как с борта катера включат подводный зуммер, дельфин нырнёт и выключит его; перед всплытием дельфин должен выдохнуть воздух под перевернутую воронку

Лабораторные анализы газовой смеси, выдыхаемой Таффи, полностью подтвердили гипотезу Шоландера. Они показали, что наибольшее количество кислорода Таффи расходует во время рейсов от одного водолаза к другому на малой глубине. В смеси, выдыхаемой дельфином после этого упражнения, содержалось всего 2% от нормального содержания кислорода в обычном атмосферном воздухе - уровень, при котором человек давно бы потерял сознание. Лежа на поверхности и не дыша, Таффи потреблял меньшее количество кислорода из имеющегося в его организме запаса. Но наименьшее количество кислорода затрачивал дельфин во время глубоководного погружения. Максимальная концентрация углекислого газа в выдыхаемой смеси наблюдалась после задержки дыхания на поверхности, а минимальная - после глубоководного погружения, хотя оно требовало от животного гораздо большей затраты сил.

Полученные данные позволяют утверждать, что при погружениях глубже, чем на 90 м, кислород, запасенный дельфином в легких, диффундирует в кровь очень медленно. Вероятно, то же происходит и с азотом. Значит, Шоландер прав: декомпрессионное поражение угрожало Таффи не при быстром подъеме с большой глубины, а после длительного пребывания на относительно малой глубине.

Таффи, возвращаясь с глубины, совершает выдох под перевернутую воронку; трубка от воронки ведет к шприцу, с помощью которого можно взять часть выдохнутой дельфином газовой смеси на анализ

График зависимости содержания кислорода в газовой смеси, которую выдыхал Таффи, от времени между вдохом и выдохом; приведены результаты по трем режимам: после глубоководного погружения, после задержки дыхания в положении лежа на поверхности и после преодоления расстояния между водолазами на глубине 18 м; глубины, достигнутые за данное время при погружениях, указаны надписями возле стрелок, ведущих к соответствующим точкам

На глубине около 300 м Таффи привел в действие фотокамеру и сфотографировал сам себя. Видно, что его грудная клетка сжата давлением воды

Действие давления на грудную клетку Таффи водолазы наблюдали даже на 20-метровой глубине. Чтобы увидеть, как выглядит дельфин на глубине 300 м, Сэм приспособил к контрольному прибору подводную фотокамеру, и Таффи сфотографировал сам себя в тот момент, когда выключал зуммер. На снимке ясно видно, что грудная клетка дельфина обладает способностью значительно уменьшаться в объеме безо всякого ущерба для животного.

Как это часто бывает, поставленные опыты не столько ответили на вопросы, сколько подняли новые. Непонятно, как Таффи мог активно действовать при столь низкам уровне кислородного снабжения, который зарегистрировал Сэм. По расчетам Риджуэя, запасенного кислорода еле-еле должно было хватать для поддержания сердечной деятельности. А как же справлялся мозг, действие которого в бескислородном режиме невозможно себе представить? И тем не менее в поведении Таффи не было никаких признаков кислородной недостаточности^*.

^* (Опыты с Таффи описаны в статье С. X. Риджуэя, Б. Л. Скронса и Джона Кэнвишера "Дыхание и глубоководные погружения бутылконосого дельфина" (см. журнал "Science", том 166, стр. 1651-1654, 1969).)

Нам удалось обучить морского льва нырять по команде на глубину 230 м, а гринду - на 500. Как и в случае с Таффи, мы не можем утверждать, что это для них предел. Более того, мы были свидетелями того, как гринда по собственной инициативе нырнула на 610 м.

Так трудами наших специалистов был пополнен запас знаний о том, как глубоко способны нырять морские млекопитающие и сколь долго они могут находиться под водой. И теперь мы имеем право сказать, что дрессированные китообразные и ластоногие могут доставлять человеку научную информацию с 500-метровых глубин в открытом море. Причем такую информацию, какой нельзя получить ни одним из известных нам способов.