Как увидеть рифы в новом свете

15.10.15

Автор: Лин Майнер (Lynn Miner)

Как увидеть рифы в новом свете
Разные виды морских организмов по-разному проявляют флуоресценцию. Эта мурена светится преимущественно зеленым светом.

Любознательные дайверы всегда ищут новые пути исследования чудес подводного мира. В последнее время популярность набирает так называемый флуоресцентный ночной дайвинг – дайверы получают возможность взглянуть на уже знакомых обитателей моря по-новому, увидеть, как они светятся и переливаются неоновыми красками. Зрелище, недоступное невооруженному человеческому глазу.

Флуоресцентный дайвинг возник благодаря способности некоторых морских организмов излучать более длинные волны видимого света, если их осветить коротковолновым синим светом. Термин «излучение» очень важен для понимания физической природы флуоресценции. Излучаемый свет отличается от отраженного света, который возникает, когда вы, например, берете на ночное погружение свой обычный фонарь с белым светом. Во время обычного ночного погружения, свет простых фонарей отражается от рифа или морских обитателей и попадает вам на сетчатку глаза. Излучаемый свет – это свет, который вырабатывает и испускает сам морской организм. Процесс похож на биолюминесценцию тем, что организм сам производит свой собственный свет. Однако при биолюминесценции свет, возникающий благодаря химической реакции, виден и так, он не требует дополнительного освещения (как, например, у светлячков).

Чтобы увидеть биофлуоресценцию, дайверы вооружаются специальными фонарями с лампами синего света и фильтрами на маски (и объективы камер, если они собираются заснять эту красоту). Задача фильтра – блокировать синий свет фонаря, который отражается от освещаемых морских организмов обратно к наблюдателю. Без фильтра вы увидите лишь очень яркий синий свет, а фильтр полностью или почти полностью отсекает световые волны синей части спектра. Сами организмы способны излучать слабый свет – настолько слабый, что синий свет его полностью затмевает. Но если блокировать синюю часть спектра, вы увидите цвета излучаемого организмами света.

Как увидеть рифы в новом свете
Анемон светится флуоресцентным светом, а окружающие его кораллы – нет.

В большинстве фонарей для флуоресцентного дайвинга используется узкий диапазон световых волн синего спектра, длиной что-то между 440-480 нанометрами (в зависимости от производителя). Флуоресцентный дайвинг отличается от ультрафиолетового (невидимый свет), поскольку длина волн ультрафиолетового излучения составляет меньше 400 нм. Некоторые производители выпускают ультрафиолетовые подводные фонари, поскольку невидимое ультрафиолетовое излучение провоцирует возникновение биофлуоресцентного света, не требуя использования дополнительных фильтров. Но исследователи отмечают, что синий свет более эффективно воздействует на зеленый флуоресцентный белок и его вариации, излучающие свет другого цвета, не зеленого.

Синий свет так эффективен, поскольку (как мы все знаем из начального курса обучения дайвингу) это единственный свет, достигающий глубины свыше 10 метров. Это означает, что именно при таком свете такие морские организмы как, например, кораллы эволюционировали миллиарды лет. Большая часть ультрафиолетового излучения солнца отражается поверхностью воды. А та его часть, которая проникает сквозь поверхность, преодолевает лишь несколько десятков сантиметров, делая ультрафиолетовое излучение неэффективным источником света для флуоресцентного дайвинга.

Не все морские организмы излучают флуоресцирующий свет, но те, кто на это способен, могут выглядеть просто потрясающе. К числу флуоресцирующих видов относятся анемоны, различные ракушки, некоторые виды рыб, коралловых полипов, мягкие и твердые кораллы.

Кстати, термины «мягкий» и «твердый» применительно к кораллам могут немного сбить с толку. Дело в том, что они отличаются не мягкостью или твердостью, а наличием или отсутствием собственного кальциевого скелета. Так, например, похожая на куст ромашек гониопора относится к твердым кораллам. «Ромашки» – это полипы, и когда они втянуты, коралл выглядит как камень.

Как увидеть рифы в новом свете
Гониопора – твердый коралл.

Самое интересное заключается в том, что существует множество видов кораллов, способных к флуоресценции, но мы пока еще не выяснили, по каким правилам действует этот феномен. И это одна из составляющих привлекательности флуоресцентного дайвинга: вы можете совершить свое собственное открытие.

Как увидеть рифы в новом свете
Без специального оборудования мы бы не увидели яркие краски этой морской собачки.

Многие думают, что главная и единственная цель флуоресцентного дайвинга – увидеть эффектные краски или сделать необычные фотографии. Разумеется, вы получите все это в комплекте с незабываемыми впечатлениями, но это еще не все. Флуоресцентный дайвинг стал незаменимым инструментом для наблюдения за здоровьем кораллов и анализа их численности. Если вы посмотрите на коралловый полип или свободно плывущие личинки коралла в белом свете, то не увидите практически ничего. Однако при наличии специального оборудования для флуоресцентного дайвинга крошечные, почти микроскопические организмы будут сиять на фоне песка, как искры на снегу в лунном свете. Это не только невероятное зрелище, но и важный источник ценной для науки информации.

Коралловые рифы в океане – это аналог дождевых лесов на суше. В нормальных условиях кораллы образуют симбиоз с одноклеточными водорослями зооксантеллами, которые в процессе фотосинтеза обеспечивают кораллы пищей и энергией. Когда температура воды повышается, зооксантеллы погибают, кораллы лишаются источника питательных веществ, необходимых им для выживания, – возникает так называемое «обесцвечивание» кораллов. Следующее за повышением температуры воды обесцвечивание кораллов делает их уязвимыми перед другими неблагоприятными факторами, что может привести к гибели всего рифа. Независимо от обесцвечивания, из-за повышения кислотности океанской воды она вступает в реакцию с кальциево-карбонатным скелетом кораллов – он становится хрупким и постепенно растворяется. Эти явления можно наблюдать и при белом свете, но технологии флуоресцентного дайвинга заставляют их проявляться ярче.

Как увидеть рифы в новом свете
Пока еще не понятно, для чего скорпены и другие организмы развили способность к флуоресценции.

Все больше ученых наряду с другими средствами используют в своих исследованиях оборудование для флуоресцентного дайвинга для оценки повышения температуры и кислотности океанских вод. Флуоресцентный дайвинг даже позволил открыть прежде неизвестные виды – они не видны в белом свете, но в темноте, подсвеченные синим, сверкают как светлячки.

Пока еще не совсем понятно, почему некоторые кораллы и другие морские организмы развили способность к биофлуоресценции, но известно, что некоторые представители морской фауны – в том числе кораллы, оболочники, усоногие рачки, губки, анемоны, медузы, двустворчатые моллюски, голожаберники, головоногие, креветки, крабы, черви и рыбы – производят зеленый флуоресцентный белок и его вариации, которые реагируют на синий свет. Большое разнообразие организмов, имеющих данную способность, заставляет предположить, что биофлуоресценция – это не просто случайный побочный эффект какого-то эволюционного процесса, но, скорее, она нужна для какой-то пока нам неизвестной цели.

Есть множество теорий, почему эти виды развили в себе способность к флуоресценции. Существует предположение, что флуоресценция служит солнцезащитным средством, защищая кораллы и другие организмы на мелководье от ультрафиолетового излучения. Еще одна версия рассматривает флуоресценцию как средство межвидовой коммуникации. Эволюционная биология флуоресценции представляет обширное поле для исследований, которые проводятся в данный момент во многих научных учреждениях, специализирующихся на морской биологии.

Как увидеть рифы в новом свете

Тем не менее, флуоресцентный дайвинг – занятие не только для ученых. Это направление набирает популярность среди дайверов-любителей. В PADI недавно появился спецкурс Fluorescence Night Diver, его проводят несколько десятков инструкторов по всему миру. Они объясняют участникам теорию флуоресценции, а также рассказывают о технике безопасности во время таких погружений.

Если вы решите попробовать, помните, что когда вы включаете синий фонарь и надеваете специальный фильтр, видимого света почти не остается. Вы видите испускаемый морскими обитателями свет, но он очень слабый и не может осветить весь риф, а единственный искусственный источник света блокируется фильтром. Поэтому вы должны уметь идеально контролировать свою плавучесть и все время отслеживать свое местоположение. Виды кораллов, неспособные к биофлуоресценции, остаются в темноте, и вы можете наткнуться на них. Поэтому вы должны обязательно иметь при себе дополнительный фонарь с белым светом и использовать его по дороге к рифу и обратно, а также держать его под рукой во время всего погружения. Или же вы можете просто снять фильтр с маски и тогда вы будете все прекрасно видеть, но только в синем цвете.

Физическая природа флуоресценции

На схематичном изображении эффекта флуоресценции показано, что когда синий свет попадает на зеленый флуоресцентный белок, тот поглощает энергию синего света. Поглощенная энергия заставляет электроны из образующих молекулу белка атомов совершать квантовый скачок с основного на более высокий энергетический уровень. После этого энергетическое состояние мгновенно меняется обратно к исходному состоянию покоя. Когда это происходит, электрон отдает, или испускает, фотон света, но с меньшей энергией и большей длиной волны.

Как увидеть рифы в новом свете

Проще говоря, когда вы освещаете белок синим светом, он в ответ испускает свет других цветов спектра, включая зеленый, желтый, оранжевый и красный. Цвет излучаемого света зависит от того, с какого энергетического уровня электрон возвращается на исходную орбиту.

В последние годы флуоресцентный дайвинг получает все большее распространение. Именно этой технологией воспользовался известный фотограф Алекс Мастард, когда участвовал в проекте 2020Vision, чтобы дать зрителю возможность по-новому взглянуть на подводный мир Великобритании – показать, что он тоже может быть красочным, волшебным, загадочным и совершенно невероятным.

Как увидеть рифы в новом свете

Посмотрите, как разительно меняется картинка, если смотреть на один и тот же объект в обычном белом свете и в синем свете с фильтром.

Подводный портал www.tetis.ru по материалам сайтов www.alertdiver.com и blog.2020v.org