Охотничье поведение белых акул - исследования 2019 года

В 2019 году учёный мир получил достаточно много интересной информации о поведении и охотничьих стратегиях белой акулы благодаря использованию новых технологий и приспособлений для изучения этого опасного обитателя подводных глубин.

Белые акулы являются главными хищниками в морской среде, но, в отличие от своих наземных собратьев, они малодоступны для изучения хищнического поведения под водой, что делает их ещё более привлекательным объектом для исследований.

К 2019 году учёные разных стран подготовились к этому мероприятию более серьёзно, разработав ряд технологических новинок, которые позволяют получить качественную для анализа информацию в условиях естественного обитания и поведения белых акул.

Этого удалось добиться благодаря разработке специальных камер и устройств с датчиками, размещающимися в виде единого приспособления на спинном плавнике хищника, данные от которых комплексно обрабатываются с помощью программ по современным методикам.

Новая технология видеозаписи и регистрации данных проливает новый свет не только на поведение белых акул, но и на взаимодействие хищниц и их жертв.

Одним из учёных, применивших новинку в научной экспедиции, стал Юки Ватанабэ, доцент по морской биологии в Национальном институте полярных исследований Японии. Исследования проводились возле Морского парка Нептуновых островов в Австралии.

Юки возглавил международную исследовательскую группу вместе со своим коллегой профессором Чарли Хувениерсом из австралийского Университета Флиндерс, став автором исследования, результаты которого были опубликованы в июле 2019 года в научном журнале "Marine Ecology Progress Series".

Необычное поведение белых акул из популяции в Южной Африке, в отличие от австралийской популяции, которое заключается в выпрыгивании из воды во время охоты за морскими котиками, привлекало внимание многих людей, в том числе и учёных, - рассказывает Ватанабэ.

Такое поведение можно наблюдать с судна и оно хорошо изучено. Но то, что происходит под водой, как ведёт себя белая акула до этого момента, нам до сих пор было неизвестно.

Кроме того, в других местах скопления белых акул, в том числе на нашем исследовательском участке в Австралии, редко наблюдается подобное поведение с выпрыгиванием акул из воды. Этот факт говорит нам о том, что белые акулы используют различные стратегии охоты.

Первая наша экспедиция была организована в воды Австралии, где мы собрали достаточно много ценной информации для последующих исследований.

Чтобы лучше понять стратегии, используемые белыми акулами для разведки и охоты на свою добычу, исследователи должны были погрузиться под воду вместе с хищниками.

Именно для этого они и разработали специализированные видеокамеры и датчики, чтобы наблюдать за подводной охотой на морских котиков прямо со спины акул, а также фиксировать биологические характеристики этого процесса.

На передний край спинного плавника 8 подопытных белых акул были надеты металлические зажимы, содержащие комбинированное устройство с видеокамерой и датчиками для регистрации данных.

Регистраторы включали акселерометр, который регистрировал скорость плавания, глубину и температуру воды с интервалом в одну секунду; датчик трёхосного ускорения, фиксирующий перемещение тела по трём перпендикулярным осям, с более короткими интервалами; и другие измерители.

Через несколько дней зажим ослаблялся и отделялся от плавника акулы, всплывая на поверхность, где учёные подбирали его, находя по сигналу спутникового маячка. Затем исследователи обработали полученные данные, связывая их с видеозаписями.

Благодаря анализу записанных данных учёные смогли выявить и различить 7 поведенческих паттернов, проанализировав частоту движения хвостового плавника и бокового ускорения, то есть 7 различных вариантов охотничьего поведения на различных глубинах.

Эти хищнические тактики фиксировались как в ночное время, так и в сумеречные часы рассвета и заката, что сильно контрастировало с поведением белых акул из Южной Африки, предпочитающих охоту на морских котиков в основном только на рассвете и в сумерках.

Биологи поясняют, что белые акулы Австралии не ограничиваются охотой на котиков, находящихся на поверхности, атакуя их снизу после обнаружения, когда силуэт котика вырисовывается на поверхности, освещённой солнечным светом. Как раз такая стратегия и преобладает у белых акул из Южной Африки, в результате которой хищницы, набирая скорость из глубины, буквально вылетают из воды, совершая невероятные пируэты в воздухе.

В исследуемой акватории Австралии белые акулы практикуют и другую стратегию охоты, активно ведя поиски и преследование морских котиков в более глубоких водах. И это хищническое поведение не ограничивается рассветом и сумерками, а также происходит и в ночное время. Данные наблюдения позволяют предположить исследователям, что белые акулы не зависят от зрения при поиске и охоте на свою добычу.

Мы хотели бы получить больше видеокадров охотничьего поведения белых акул во время охоты на котиков, чтобы понять их вариации, - говорит Ватанабэ.

Похоже, что охотничьи стратегии белых акул в Австралии сильно отличаются от таковых в Южной Африке, и мы хотели бы понять, какие факторы (биологические или небиологические) влияют на эти различия.

Смотреть видео - белая акула нападает на морского котика:

Выдержки из исследования (переведено на русский)

Охотничье поведение белых акул, зафиксированное акселерометрами, датчиками и камерой для животных

Охота хищников на крупных, быстро передвигающихся млекопитающих, часто включает в себя высокоэнергетическую взрывную локомоцию, и изучение такого поведения может выявить, как физиологические способности формируют отношения в системе "хищник-жертва".

Хотя всё более сложные устройства, закрепляемые на животных, позволяют регистрировать поведение наземных хищников (например, гепардов), охотящихся на травоядных млекопитающих, аналогичные подходы редко применяются к морским хищникам, охотящимся на млекопитающих.

В ходе исследования мы разместили видеокамеры (продолжительностью 6 часов, фиксирующих происходящее в интервалах времени) и акселерометры с датчиками (продолжительностью 2 дня) на 8 белых акулах Carcharodon carcharias, скапливающихся вблизи колоний новозеландских морских котиков Arctocephalus forsteri.

Один из видеосюжетов показал, как одна акула осуществляет нападение на котика, во время которого происходит интенсивное плавание (боковое ускорение: 3,7 g, частота биения хвоста 3,3 Гц, расчётная скорость плавания: 6,7 м с -1).

На основе материалов было идентифицировано 7 потенциальных паттернов хищничества. События происходили на различных глубинах (0-53 метра), в основном в ночное время и во время сумеречных периодов, частично противореча признанному и задокументированному поведению охоты на морских котиков, которое происходит в основном в сумеречные периоды.

Это исследование демонстрирует, что, несмотря на присущие трудности, запись нечастых охотничьих паттернов главных морских хищников даёт представление об их стратегиях охоты и максимальной эффективности движений.

Стратегии плавания и оптимизация расхода энергии белых акул во время перемещений и охоты

Все исследуемые акулы использовали свободное скольжение (пассивное перемещение в воде, прим.ред.) во время спуска, что делает глубокие (более 50 метров) погружения на 29% менее энергозатратными, чем поверхностное плавание, которое может вызывать дополнительное волновое сопротивление.

Мы предполагаем, что эти поведенческие стратегии могут помочь акулам максимизировать чистый прирост энергии движения за счёт снижения энергозатрат на плавание при одновременном увеличении вероятности встречи с быстро плавающими морскими котиками.

Белые акулы, Carcharodon carcharias, крупнейшие рыбы с региональной эндотермией (типичная масса тела взрослой особи 300-800 кг), имеют необычно высокие энергетические затраты для рыб.

Хотя в их рацион входят разные продукты, включая костистых рыб, других акул и головоногих моллюсков, белые акулы сезонно собираются около колоний ластоногих в умеренных водах, чтобы охотиться на морских котиков, отбившихся детёнышей тюленей или взрослых особей.

Пойманный тюлень станет непропорционально богатой энергией пищей, эквивалентной сотням рыб или головоногих моллюсков, благодаря своим большим размерам тела и высокому содержанию жира.

Однако тюлени, а особенно морские котики и морские львы, являются быстрыми пловцами с высокой маневренностью. Ожидается, что для максимизации чистого прироста энергии белые акулы будут использовать поведенческие стратегии, которые увеличивают частоту встреч с добычей и одновременно снижают энергетические затраты на выслеживание жертвы.

В данном исследовании мы прикрепили пакет записывающих устройств и видеокамеру к белым акулам, собирающимся возле колоний длинноносых морских котиков у Нептуновых островов в Южной Австралии.

Прямые измерения скорости плавания (в связке с анализом скорости метаболизма) и ускорения тела (показывающие, когда акулы демонстрировали энергосберегающее поведение при плавании) позволили нам проверить две гипотезы относительно стратегий плавания акул.

Во-первых, мы предположили, что белые акулы плавают медленнее, чем скорость, которая сводит к минимуму энергетические затраты (энергия, необходимая для перемещения единицы массы тела на единицу расстояния).

Согласно теоретической модели, акулы должны делать это, чтобы минимизировать чистый расход энергии, когда средняя скорость добычи сравнима со скоростью акул. Это связано с тем, что в системе "акулы-ластоногие" вероятность попадания добычи в местоположение хищника без перемещения хищника является относительно высокой, и хищникам не нужно находить добычу посредством активного поиска за счёт увеличения скорости метаболизма.

Другими словами, быстрая скорость, которая минимизирует затраты энергии на единицу расстояния, а не на единицу времени, не является оптимальным, когда хищники могут "сидеть и ждать".

Во-вторых, мы выдвинули гипотезу о том, что выгодное скольжение с отрицательной плавучестью, проявляемое белыми акулами во время нисходящих этапов погружения, оказывает существенное влияние на общие затраты энергии плавания.

Более конкретно, мы ожидаем, что серия глубоких погружений (пассивные спуски с последующими активными подъёмами), демонстрируемых белыми акулами, связана с уменьшением сопротивления тела в воде по сравнению с плаванием на поверхности.

Проверяя эти две гипотезы, мы стремимся лучше понять стратегии управления энергией этого эволюционно интересного, регионально эндотермического вида.

Смотреть видео - съёмка камерой, закреплённой на подопытной белой акуле:

Мы прикрепили пакеты с датчиками к 8 акулам в течение трёх заходов. Несмотря на значительные различия среди особей, поведение всех восьми акул состояло из мелких погружений (60%), глубоких погружений (11%), плавания на поверхности (9%) и других форм поведения (20%).

Плавание на поверхности, в основном, происходило между глубокими погружениями, но некоторое плавание на поверхности наблюдалось между мелкими погружениями. На основании данных об ускорении все акулы демонстрировали скользящее поведение во время нисходящих фаз погружений.

Глубокие погружения имели более постоянные профили и пропорционально более длительные периоды скольжения (20% от общей продолжительности), чем неглубокие погружения (8% от общей продолжительности).

Видеозаписи были получены для трёх из восьми акул, но одна акула взаимодействовала с лодкой на протяжении всего отснятого материала.

На видеозаписи, полученной от акулы №5, тюленя видели три раза: один раз на морском дне во время неглубоких погружений и два раза во время плавания на поверхности.

Также были зафиксированы встречи исследуемых хищников с другими особями белых акул из этой популяции.

Относительная скорость плавания особей, измеренная по числу оборотов в секунду датчика гребного винта, была преобразована в фактическую скорость плавания (m s -1).

В целом, полученные результаты подтверждают нашу гипотезу о том, что белые акулы, собирающиеся вблизи колоний ластоногих, используют медленные скорости передвижения, оптимизируя их для увеличения частоты встреч с быстро плавающими котиками при одновременном снижении затрат на плавание.

Теоретически, спуски с пассивным скольжением, сопровождаемые активными подъёмами с отрицательной плавучестью, могут привести к значительной экономии энергии по сравнению с непрерывным горизонтальным плаванием, поскольку белые акулы испытывают снижение сопротивления при пассивном скольжении для данной скорости плавания.

В соответствии с предыдущими исследованиями мы показали, что глубокие погружения (которые имели пропорционально более длительные периоды скольжения, чем неглубокие погружения) были наименее затратными, а плавание на поверхности стало самым энергетически затратным способом выслеживания добычи.

Кроме того, при движении на поверхности акулы неизбежно создают волны и вызывают повышенное сопротивление (так называемое волновое сопротивление) даже когда они полностью погружены в воду.

Чтобы избежать волнообразного торможения, акулы, видимо, выбирают оптимальную глубину, но не менее 2,5 диаметра тела, что составляет приблизительно 2 метра для белых акул.

Особенно высокий коэффициент сопротивления во время плавания на поверхности может быть вызван не высокой активностью всего тела, а тем, что спинной плавник разрушает пограничную поверхность между водой и атмосферой.

Фактически, коэффициент сопротивления уменьшился на 28–37%, когда паттерны поверхностного плавания были заменены более глубокими подвыборками, в которых спинные плавники не ломали пограничную поверхность.

Тем не менее, у подвыборок всё ещё было более высокое значение коэффициента, чем при глубоких погружениях, неглубоких погружениях и восходящих фазах глубоких погружений, что свидетельствует о том, что высокие энергетические затраты на плавание на поверхности являются достоверными.

Основная функция поведения при глубоком погружении может заключаться в поиске пищи, а не в энергосбережении, о чём свидетельствуют некоторые графические всплески, наблюдаемые во время глубоких погружений.

Различия между глубокими погружениями и плаванием на поверхности, а также распространённость паттернов глубоких погружений как в прибрежных, так и в морских средах обитания, о которых сообщается для этого вида по долгосрочным данным спутниковой телеметрии, предполагает, что скользящее поведение оказывает существенное влияние на общее энергосбережение при плавании белых акул.

Среди акул с большим телом длительное скольжение во время спусков также фиксировалось и для китовых акул, но не для тигровых или гренландских акул, несмотря на их отрицательную плавучесть.

В качестве редких случаев, длительное скольжение во время восхождений с положительной плавучестью было зарегистрировано для шестижаберных и колючих акул.

Это является интересным вопросом для будущих исследований - как межвидовые различия в поведении скольжения связаны со специфическими для вида стратегиями поиска пищи.

Кроме того, интригует тот факт, что плавание на поверхности стоит белым акулам существенных энергозатрат, учитывая, что они предпочитают плавание на поверхности во время океанических миграций.

Если плавание на поверхности во время длительных путешествий предназначено для целей навигации (например, с использованием небесных ориентиров), это будет означать компромисс между навигацией и энергосбережением - темы, которая заслуживает дальнейшего изучения.

В заключение, используя современные биологические технологии, мы поддержали две гипотезы относительно поведенческих стратегий скопления белых акул вблизи колоний ластоногих.

Во-первых, они плавают медленнее оптимальной скорости, по-видимому, чтобы увеличить частоту встреч с быстро плавающими морскими котиками при одновременном снижении затрат на плавание, как предсказывают теоретические модели.

В этом смысле белые акулы могут считаться "сидячими и выжидающими" хищниками, хотя они и являются непрерывными пловцами.

Во-вторых, акулы демонстрируют скользящее плавание во время нисходящих этапов погружения, что снижает энергопотери при погружении, чем плавание по горизонтальной поверхности, которое, по-видимому, вызывает дополнительное волновое сопротивление.

В этом исследовании освещаются некоторые новые аспекты стратегий энергопотребления для белых акул, вида с уникальной эко-физиологией среди всех позвоночных.

Неожиданное открытие: белые акулы охотятся на котиков в водорослевых лесах

Прикреплённые к хищникам камеры с датчиками движения были использованы и для выявления новых моделей охотничьего поведения больших белых акул в водорослевых лесах (зарослях ламинарии). Ранее учёные считали, что подобные районы недоступны для этих крупных хищников.

Исследование проводилось в районе острова Дайер у побережья Южной Африки, где обитает колония морских котиков, недалеко от города Гансбай. Возглавлял экспедицию Оливер Джуэлл, ведущий автор исследования и морской биолог из университета Мердока в Австралии.

Уникальные подводные видео показали, что большие белые акулы совершают охотничьи набеги в водорослевые леса ламинарии, которые, казалось бы, должны были наоборот отталкивать их. Это уникальное поведение удивило учёных.

С помощью новых технологий и видеокамер мы обнаружили, что большие белые акулы плавают сквозь южноафриканские леса ламинарии, чтобы охотиться на капских морских котиков, - рассказывает Джуэлл.

Нас очень удивило то, что мы увидели, так как ранее считалось, что эти крупные хищники держатся подальше от этих зарослей.

Это первое видео-свидетельство подобного рода, демонстрирующее уникальное охотничье поведение белых акул.

Смотреть видео - белая акула охотится на морских котиков в зарослях ламинарии:

По устоявшемуся мнению в научной среде ламинария является убежищем для ластоногих от больших белых акул, как это происходит для подобных животных, таких как морские выдры (каланы) в Калифорнии.

Исследователи считают, что обилие водорослей на острове Дайер (по сравнению с другими лежбищами ластоногих) могло заставить белых акул изменить правила и перестроиться на другой способ добывания пищи, научившись охотиться в труднопроходимых морских зарослях.

Предыдущие исследования биологов ограничивались поверхностными наблюдениями и использованием спутниковых датчиков (акустических меток), однако сигналы часто исчезали возле водорослевых лесов.

Эксперименты показывали, что большие белые акулы обычно охотятся по периметру водорослевых лесов в сумерках и на рассвете, когда солнце светит не слишком ярко: тусклый свет позволяет хищницам устраивать засады на ластоногих, прибывающих в заросли или покидающих это убежище.

Чтобы узнать, что белые акулы делают на самом деле под водой, учёные прикрепили к спинным плавникам акул камеры и комплект с датчиками.

В других хорошо изученных популяциях белых акул в водах Южной Африки хищницы редко встречаются поблизости от лесов ламинарии, потому что водорослей не так много, - делятся информацией исследователи.

Но у острова Дайер смешивание океанических течений создаёт благодатную почву в виде растворённых в воде питательных веществ, поэтому водоросли здесь разрастаются, а животные, которых они кормят и дают убежище, процветают.

По отснятым видеоматериалам мы зафиксировали перемещения белых акул по районам с плотным покровом водорослей, что противоречит предыдущим гипотезам о защитной силе лесов ламинарии для ластоногих.

В этой среде морские котики плавали либо в одиночку, либо в группе до 3 особей.
Когда они обнаруживали белую акулу, плывущую за ними у них же в убежище, то применяли интересную защитную тактику: ластоногие пускали в белую акулу пузыри воздуха, чтобы сбить её с курса, а далее плыли глубже в водоросли или опускались на морское дно, чтобы там затаиться.

Несмотря на неудачи белые акулы не спешили сдаваться и, что удивительно, заплывали глубже в заросли.

Мы считаем, что перспективе ламинарные леса могут стать полезными охотничьими угодьями для белых акул из этой популяции, что безусловно наделяет их конкурентными преимуществами по сравнению с особями из других популяций.

Нас впечатлила ловкость акул, с которой они маневрировали в этой густой растительности - мы этого не ожидали от таких крупных акул как большие белые.

По мнению учёных будущие исследования должны пересмотреть роль водорослевых лесов в кормовой базе белых акул и изменить общепринятое мнение о том, что хищницы избегают эту среду обитания.

Также результаты исследования опровергают представление об акулах как о глупых кровожадных убийцах, показывая, как они могут менять своё поведение, анализировать ошибки и разрабатывать новые стратегии действий в неизвестной им обстановке.

Новое исследование стало ещё одним шагом в сторону лучшего понимания охотничьих повадок акул и поиска свежих решений в вопросах сохранения этого редкого и невероятно интересного хищника - большой белой акулы.