CC BY
45
2008
Известия ТИНРО
Том 152
УДК 639.2.081.114(088.8)
В.И. Семененко
Дальрыбвтуз, г. Владивосток [email protected]
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЗРИТЕЛЬНОЙ ОПТОМОТОРНОЙ РЕАКЦИИ РЫБ ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ
ПРОМЫСЛА
Обсуждаются вопросы возможного повышения производительности некоторых традиционных орудий промышленного рыболовства и создания принципиально новых способов лова рыб при использовании их естественных поведенческих реакций. В частности, рассматриваются зрительные оптомоторные реакции, как наиболее значимые в жизни рыб. В связи с этим приводятся данные по фоновой освещенности, создаваемой Солнцем, Луной и зодиакальным небом на различных глубинах и в разное время суток, замеренной в водах Тихого океана. Приведены оригинальные измерения освещенности, создаваемой биолюминесценцией, возбужденной движущимся сетным полотном. Сделан вывод, что пелагические рыбы могут зрительно ориентироваться на движущиеся в воде орудия лова практически в любое время суток. На основании этого предлагаются перспективные устройства и способы лова рыбы с использованием зрительных оптомоторных реакций.
Semenenko V.I. Using of fish optomotor reaction for fisheries efficiency increasing // Izv. TINRO. — 2008. — Vol. 152. — P. 317-323.
Possibilities of fish behavior reactions use for increasing of traditional fishing gears efficiency and for creation of new methods of fishery are discussed, in particular optomotor reactions, as the most significant for fish life. Thereupon the data on background illumination by the Sun, the Moon, and starry sky are presented for different depths and times of night, by author's measurements and cited data, as well as the original data on intensity of bioluminescence provoked by moving net cloth. Imperative visual orientation of pelagic fish toward moving fishing gears at any time of day and night is concluded. New promising devices and means of fish catching with using of optomotor reactions are offered.
Введение
Совершенствование техники и тактики промысла гидробионтов должно базироваться на научно обоснованной связи между техническими характеристиками рыболовной системы и биологическими параметрами облавливаемого объекта, т.е. на его ответных поведенческих реакциях.
Зрение в жизни большинства животных, в том числе и рыб, играет очень важную роль. Через органы зрения они получают основную массу информации об окружающей среде, о наличии пищи или опасности, результатом чего становится то или иное поведение в конкретный момент. Обычно различают поведение рефлекторное и основанное на инстинктах и жизненном опыте. Рефлекторное поведение делят на условное и безусловное. Одной из безусловных реакций животных является так называемая оптомоторная реакция.
В.Р. Протасов (1978) отмечает, что под оптомоторными реакциями принято понимать безусловное рефлекторное движение животных в движущемся зрительном поле. У рыб различают в основном два типа таких реакций: первый — движение только глаз, головы или изгибание туловища; второй — перемещение животного за движущимися объектами.
Реакции первого типа проявляются в основном при питании, обороне и поддержании равновесия. Движения второго типа связаны с ориентацией в водном пространстве и в стае. В зависимости от типа реакций выделяют две группы рыб: обладающие четко выраженной оптомоторной реакцией и следованием за движущимся объектом (1-я группа) и не обладающие оптомоторной реакцией или обладающие ею в слабой степени в виде движения глаз, поворота головы и т.п. (2-я группа).
К 1-й группе, по данным В.Р. Протасова (1978), относятся в основном стайные рыбы (хамса, ставрида, треска, морской окунь, гольян и др.), ко 2-й группе — рыбы, малоподвижные днем, ведущие донный образ жизни, часто это хищники-засадники (морской ерш, налим, бычок, пескарь и др.).
Помимо В.Р. Протасова изучением оптомоторных реакций рыб в России занимались такие известные ученые, как Ю.П. Алтухов (Алтухов, Протасов, 1960) и Д.С. Павлов (1970). Ими доказано, что оптомоторную реакцию можно использовать для управления движением рыб. Однако опыты этих ученых сводились к наблюдениям за мелкими рыбами или молодью крупных рыб, живущими в аквариумах, и слепо переносить эти результаты в промысловую практику, на промысловых рыб было бы ошибочным.
Цель настоящей работы — показать, что зрительные реакции рыб могут быть использованы для повышения уловистости орудий лова.
Результаты и их обсуждение
Методика наблюдения за поведением рыб и изучения среды их обитания позволяют установить возможность управлять их поведением.
Наблюдения за поведением рыбы в движущемся трале из подводных аппаратов (Выскребенцев, Аронов, 1970; Максимов, 1976; Коротков, 1998) подтвердили зрительную ориентацию стайных рыб на сетное полотно трала.
Нами также проводились опыты (Семененко, 1 978) по выявлению оптомоторной реакции у такой крупной и быстрой рыбы, как японская скумбрия, непосредственно в районе тралового промысла.
Очевидно, что зрительные реакции в полной мере зависят от уровня освещенности и прозрачности среды обитания. С этой целью в методику проведения работ был включен раздел изучения светового режима на разных глубинах и в разное время суток в районе промысла скумбрии. Своими исследованиями (Константинов и др., 1977) мы установили возможность зрительной ориентации рыб в трале в ночное время и на значительных глубинах за счет биолюминесценции, возбуждаемой сетным полотном.
Горизонтальная составляющая подводной освещенности, полученная по ос-редненным результатам гидрооптических измерений светового режима, создаваемого Солнцем, Луной и биолюминесценцией в разные периоды суток на разных глубинах промысла японской скумбрии, представлена на рис. 1. График 1 показывает уменьшение с глубиной освещенности, создаваемой полной Луной в зените в час ночи при безоблачном небе, график 2 — уровень освещенности, создаваемой биолюминесценцией на разных глубинах. Графики 3, 4 и 5 отражают уровни освещенности, создаваемые Солнцем соответственно в 7 и 8 час утра и в 12 час дня. При этом наклон Солнца к горизонту составлял 38,2о.
Японская скумбрия совершает суточные вертикальные миграции: ночью поднимается в поверхностные слои (0-50 м), а днем опускается на глубину, не превышающую 200 м. Соотнося максимальные значения освещенности (рис. 1) с
суточными миграциями рыбы, можно констатировать, что величина светового фона на глубинах промысла японской скумбрии в различные периоды года и периоды суток колеблется от 5 ' 10-4 до 104 лк. По данным В.Р. Протасова (1978), чувствительность глаз костистых рыб (к которым относится и скумбрия) достигает уровня 10-5-10-7 лк. Поэтому выполненные измерения светового фона позволяют сделать вывод, что японская скумбрия в любое время суток может зрительно ориентироваться в водном пространстве и видеть сетное полотно трала.
Рис. 1. Максимальные значения освещенности по глубине, создаваемые Луной (1), биолюминесценцией (2) и Солнцем в 7 (3) и 8 (4) час утра и в полдень (5)
Fig. 1. Maximum ratings of illuminance Eh on the depth, created by the Moon (1), a bioluminescence (2) and the Sun in 7 (3) and 8 ( 4) o'clock in the morning and at midday (5)
Определение наличия оптомоторной реакции японской скумбрии проводилось нами в специально изготовленной оптомоторной установке (рис. 2).
Рис. 2. Оптомоторная аквариумная установка
Fig. 2. Optomotor aquarian installation
Она состояла из аквариума 4 со светопрозрачными стенками диаметром 80 см и высотой 80 см, конического светоотражающего экрана 2, сменных импульсных светильников 5. Вокруг аквариума вращалась полосатая ширма 3 высотой 80 см и диаметром 86 см. Ширина вертикальных черных и белых полос составляла 3,6 см. Ширма нижним ободом опиралась на ролики и приводилась в движение через фрикционную передачу от электродвигателя ДКВ-3 6. Блок питания 7 электродвигателя позволял плавно регулировать вращение ширмы от 0 до 2,5 об/с и осуществлять реверс вращения. Над аквариумом устанавливался осветитель 1, который позволял ступенчато устанавливать в среднем слое аквариума следующие величины освещенности: 1,3 ' 10-3; 5,0 ' 10-3; 1,7 ' 10-2; 2,7 ' 10-1; 2,8; 20,0 лк.
Исследования проводились в промысловых условиях на крупнотоннажном траулере (РТМ) в 1974-1975 гг. Рыба для опытов бралась из промыслового трала, отсаживалась в накопительный аквариум и адаптировалась там до проведения опытов. Длина рыбы колебалась от 28 до 42 см.
Для исследования оптомоторной реакции наиболее активных особей японской скумбрии в количестве 3-4 шт. пересаживали из накопительного аквариума в оптомоторный, где адаптировали их 1 ч.
В аквариуме оптомоторной установки без вращения полосатой ширмы скумбрия обычно плавала по кругу у стенок аквариума со скоростью 0,3-0,5 м/с. Начало вращения полосатой ширмы первоначально вызывало у рыбы некоторое беспокойство, затем она начинала двигаться в сторону вращения ширмы с ее скоростью. По мере увеличения скорости вращения ширмы рыба увеличивала скорость движения и удалялась от стенки аквариума.
Максимальная линейная скорость, которую развивала рыба в нашей оптомоторной установке, составила 3,14 м/с (более 6 уз). Допускаем, что такой предел скорости рыбы вызван незначительными габаритами аквариума. При дальнейшем увеличении скорости рыба прерывала оптомоторную реакцию и ложилась на дно аквариума. Возобновление или реверс оптомоторной реакции был возможен не ранее чем через 10 мин. В ряде опытов вместо полосатой ширмы на раму натягивали дель синего цвета с размером ячеи 60 мм на фоне белой бумаги. Оптомоторная реакция проявлялась аналогично при всех уровнях освещенности.
Результаты проведенных исследований позволяют сделать вывод, что японская скумбрия четко вступает в оптомоторную реакцию с полосатой ширмой и с сетным полотном при фоновой освещенности, находящейся даже ниже уровня естественной освещенности на глубине обитания этой рыбы. Устойчивая, длительная (не менее 2 ч) скорость следования за оптомоторным телом составляет 0,5-2,2 м/с.
Аналогичные исследования были проведены сотрудниками ТИНРО М.А. Ми-зюркиным и Л.В. Глазковой (1979) в 1979 г. в береговых условиях. В оптомоторном барабане, по конструкции подобном изображенному на рис. 2, они исследовали реакцию японской скумбрии, ленка, морского ерша и корюшки. Рыба для опытов бралась из ставного невода. Результаты подтвердили выводы, сделанные прежними исследователями.
Наблюдения из подводных аппаратов за поведением рыбы в движущемся трале (Выскребенцев, Аронов, 1970; Максимов, 1976; Коротков, 1998) показывают, что большинство видов рыб, захваченных мотенной частью трала, разворачиваются по ходу траления и длительное время следуют внутри трала, вступив в оптомоторную реакцию с сетным полотном и не заходя в залавливающую часть (куток), а в конце траления покидают трал. Это значительно снижает уловис-тость тралов, так как улов формируется только за счет уставших рыб.
Чтобы разрушить оптомоторную реакцию рыбы в трале, рыбаки иногда применяют импульсные световые и электрические поля. Были попытки с помощью световых вспышек создать стробоскопический эффект (зрительная иллюзия остановки движения). Чаще прибегают к длительным тралениям, тем самым утомляя рыбу и снижая ее защитные реакции. Первый способ требует применения довольно сложного электронного оборудования, второй ведет к значительным непроизводительным расходам дизельного топлива, затраты на которое достигают 80 % в финансовых расходах на содержание рыболовного судна.
После исследований оптомоторной реакции рыб нами был разработан и изготовлен подводный автономный телеуправляемый импульсный светильник, который устанавливался на мотенной части трала в зоне критического уплотнения рыбы. При накоплении рыбы в этой зоне по команде с борта судна светильник излучал 5-6 импульсных световых вспышек. Этого было достаточно, чтобы разрушить оптомоторную реакцию рыб и отправить их в траловый мешок. Применение этого светильника на промысле различных пелагических рыб (скумбрия, ставрида, сардина, минтай) с промысловых судов в 1975-1978 и 1 986 гг. показало возможность повышения производительности тралового лова на 25-80 %.
По нашему мнению, еще более значительно повысить уловистость трала можно путем изменения направления оптомоторной реакции внутри оболочки трала (рис. 3). Это можно осуществить, если в конструкцию рыболовного трала ввести бесконечные канаты 1 с конусными оптомоторными телами 3 (рис. 3).
2
Рис. 3. Единичный бесконечный канат оптомоторного трала. Пояснения в тексте
Fig. 3. An individual infinite chain cable optomotor a trawl. The explanatories are in the text
Работоспособность такой конструкции бесконечного каната проверена нами при испытаниях в потоке речной воды в 1975 г. в окрестностях г. Находка. Бесконечный канат 1 общей длиной 10 м был оснащен десятью оптомоторными телами 4. Для испытаний были выбраны прямолинейные участки русла реки, где скорость течения составляла от 0,5 до 1,0 м/с.
При погружении бесконечного каната в воду и обеспечении достаточного натяжения между блоками-формирователями 2 специальной конструкции купола оптомоторных тел, обращенные основаниями навстречу потоку, наполнялись водой, раскрывались и перемещали весь канат со скоростью 0,3-0,8 м/с в зависимости от скорости движения потока воды. Конусы противоположной ветви, ориентированные острыми вершинами против потока, складывались, что позволяло создавать необходимое тяговое усилие для непрерывного вращения бесконечного каната вокруг осей блоков-формирователей.
Равномерное вращение бесконечного каната происходило при его ориентации вдоль потока и при наклоне до 30о к вектору потока. Конструкция блоков-формирователей и конусных куполов работала надежно без спутываний и закусывания. При превышении этого угла наклона возникала угроза перехлестывания ветвей каната. Следует отметить, что и в канатных тралах угол атаки канатов и дели не превышает 30о, так как более крутой угол создает большое сопротивление воде.
На основе этих испытаний нами была предложена конструкция оптомоторного трала (А.с. № 537657). Схематическое изображение оптомоторного трала приведено на рис. 4.
Трал помимо обычной оснастки содержит переднюю часть, образованную из единичных бесконечных продольных канатов 1, сетной мешок 2 для аккумуляции улова и полые конусные тела 6. По периметру передней части и сетного мешка 2 с помощью гибких кольцевых рам 3 и 4 установлены специальные блоки-формирователи 5, а бесконечные канаты пропущены через них. На поверхности конусных тел нанесены люминесцентной яркой краской продольные полосы.
Конусные тела 6 выполнены складывающимися (типа юбки "плиссе") в продольном направлении с расположением полос внутри складок, расправляющихся под напором воды при движении конуса в направлении к сетному мешку 2 и складывающихся при обратном направлении.
В процессе буксировки трала набегающий поток воды расправляет конусные тела 6, при этом их гидродинамическое сопротивление возрастает и сообщает через них движение бесконечному канату, а яркие продольные полосы открываются. Конусные тела, находящиеся во встречном движении, складываются под действием потока воды, яркие полосы скрываются внутри складок, а гидродина-
мическое сопротивление конусных тел значительно уменьшается. Происходит бесконечное движение светящихся полос в виде световой воронки по направлению от устья трала к траловому мешку. Рыба, вошедшая внутрь трала, под действием безусловного зрительно-двигательного рефлекса будет двигаться в траловый мешок. Очевидно, что скорость формирования улова при этом значительно увеличится и эффективность лова значительно возрастет.
Рис. 4. Схематичное изображение оптомоторного трала. Пояснения в тексте Fig. 4. The schematical image optomotor a trawl. The explanatories are in the text
Не все специалисты уверены в возможности технической реализации этой конструкции. Однако вначале не вызывали оптимизма и канатные тралы, которые плохо внедрялись до полной технической отработки конструкции и тактики их применения. Оптомоторный трал также будет востребован после производственной доработки его конструкции.
Тралы — далеко не единственные орудия лова, в которых возможно использование оптомоторных реакций.
Например, ставные невода оснащаются крыльями из сетных полотен, перекрывающими проход рыбы между ловушкой невода и берегом. На изготовление таких крыльев затрачивается много канатно-веревочных и сетных материалов. Их монтаж требует большого количества якорей (пикулей) и весьма трудоемок. При установке в местах открытого берега эти сооружения подвержены действию течений и ударов штормовых волн, из-за чего они часто разрушаются при штормах и выбрасываются на берег.
Очевидно, что можно заменить крылья ставных неводов на оптомоторные линии, например бесконечные канаты с оптомоторными телами. При этом значительно уменьшится материалоемкость конструкции, значительно снизится ее гидродинамическое сопротивление, появится возможность легко и просто демонтировать ее перед штормами и тем избегать аварийных ситуаций. Увеличится эффект завода рыбы в ловушку ставного невода. Кроме того, оптомоторную линию можно поставить не только со стороны берега, но и с морской стороны, расширив зону привлечения рыбы в ловушку ставного невода.
Аналогичную идею предлагает В.Р. Протасов (1978), но для завлечения рыбы в речные заездки при промысле и в ловушки на рыборазводных заводах.
Им же предлагается способ концентрации рыб буксируемыми оптомоторными телами и завода ее в залавливающие устройства, например в закидные невода или тралы (рис. 5).
Оптомоторные тела 1 устанавливаются на раме 2 и буксируются судном 3 на заданной глубине с помощью тросов 4, закрепленных на барабанах лебедок. Рама складная, снабжена наплавами и грузилами для вертикальной ориентации. После того как рыба сконцентрируется вокруг оптомоторных тел, ее заводят в залавливающее устройство, рама при травлении тросов 4 складывается и оптомоторный эффект разрушается. Рыба остается в залавливающем устройстве.
Рис. 5. Буксируемые оптомоторные тела, предназначенные для концентрации рыб
Fig. 5. Towed optomotor the bodies intended for concentration of fishes
Заключение
Универсальность оптомоторной реакции рыб и то, что она является безусловной, свидетельствуют о перспективности ее применения при различных видах промысла.
Изложенные в настоящей статье материалы показывают, что внедрение в технологию промысла новых способов воздействия на облавливаемые объекты лова, использование их естественных поведенческих реакций могут значительно повысить производительность промысла и его экономичность. Это подтверждает, например, применение импульсных светильников на трале, которое повышает улов на 30-80 %.
Список литературы
A.c. № 537657. Трал для лова рыбы / В.И. Семененко. Заявлено 21.04.75; Опубл. 05.12.76. Бюл. № 45.
Алтухов Ю.П., Протасов В.Р. О зрительной реакции некоторых рыб на движущееся сетное полотно // Рыб. хоз-во. — 1960. — № 4. — С. 9-11.
Выскребенцев Б.В., Аронов М.П. Подводные наблюдения в зоне работы орудий лова // Рыб. хоз-во. — 1970. — № 2. — С. 21-22.
Константинов О.Г., Семененко В.И., Терских В.А. Биолюминесценция в движущемся трале // Рыб. хоз-во. — 1977. — № 7. — С. 64-65.
Коротков В.К. Реакция рыб на трал, технология их лова. — Калининград, 1998. — 397 с.
Максимов Ю.М. Характерные особенности защитного поведения пелагических рыб Мексиканского залива в зоне облова донного трала // Вопр. ихтиол. — 1976. — Т. 16, вып. 3(98). — С. 532-540.
Мизюркин М.А., Глазкова Л.В. Об оптомоторной реакции некоторых видов рыб // Промышленное рыболовство. — Владивосток: ТИНРО, 1979. — Вып. 9. — С. 12-15.
Павлов Д.С. Оптомоторная реакция и особенности ориентации рыб в потоке воды. — М.: Наука, 1970. — 147 с.
Протасов В.Р. Поведение рыб: механизмы ориентации рыб и их использование в рыболовстве. — М.: Пищ. пром-сть, 1978. — 265 с.
Семененко В.И. Реакция японской скумбрии на импульсные световые вспышки // Промышленное рыболовство. — Владивосток: ТИНРО, 1978. — Вып. 8. — С. 73-80.
