Нарвалы настолько странные, что ученые использовали теорию хаоса для объяснения их поведения

Нарвалы — загадочные морские млекопитающие, очаровывающие нас своей уникальной внешностью и скрытным образом жизни под арктическим морским льдом.

И хотя нам еще многое предстоит узнать о нарвалах — в том числе, как спасти некоторые популяции, находящиеся под угрозой исчезновения, — в последние годы ученые сделали несколько ключевых открытий.

Известные своими удивительно глубокими погружениями почти на 2 километра (1,2 мили) под поверхность и зависимостью от морского льда в течение всего жизненного цикла, перемещения нарвалов по океанам являются сложным делом, которое необходимо отслеживать.

Теперь, с небольшой помощью теории хаоса, исследователям удалось пролить свет на то, что казалось нерегулярным ежедневным поведением нарвалов у побережья Восточной Гренландии.

"В то время как датчики, установленные на животных, продолжают развиваться и собирать все больше данных, не хватает адекватных методов анализа записей о нерегулярном поведении", — говорит Евгений А. Подольский, геофизик из Университета Хоккайдо в Японии и первый автор нового исследования.

В надежде исправить ситуацию Подольский объединился с Мадсом Питером Хейде-Йоргенсеном, морским биологом из Гренландского института природных ресурсов, чтобы разработать новый способ поиска закономерностей в кажущихся бессистемными повадках нарвалов.

Теория хаоса — это изучение деятельности, которая кажется непредсказуемой, но при этом подчиняется строгим законам.

Подобно пресловутой бабочке, которая одним взмахом крыльев запускает ураган, это случай, когда надежная физика накапливается так, что ни одна система не может уследить за ней.

Подобно многим другим животным, блуждания нарвала не могут быть понятны нашему человеческому мозгу.

Новый взгляд на поведение нарвалов был получен от взрослого самца нарвала, чьи движения регистрировались в течение 83 дней с помощью спутникового регистратора глубины погружения, прикрепленного к спине животного.

Объединив свои специальности в области обработки сигналов и биологии, Подольский и Хайде-Йоргенсен разработали метод, который использует математическую тактику, заимствованную из теории хаоса, чтобы понять смысл хаотического поведения в динамических условиях.

Эти методы позволяют выявить скрытые состояния, известные как "аттракторы", к которым стремятся хаотические системы, объясняют исследователи.

Они могут помочь ученым найти труднообнаруживаемые закономерности в некоторых сложных процессах, включая загадочное поведение нарвалов.

Инструменты теории хаоса помогли обнаружить скрытый распорядок дня этого нарвала, включая новые подробности о том, как на эти привычки могут влиять такие переменные, как сезонные изменения.

Вот что они обнаружили: меченый нарвал, как правило, отдыхал ближе к поверхности около полудня, но когда он нырял в это время, то погружался особенно глубоко.

В сумерках и ночью погружения происходили на более мелководье, но были более интенсивными, сообщают исследователи, возможно, потому что нарвал охотился на кальмаров.

По данным исследования, нарвал также корректировал свой образ жизни в зависимости от распространенности морского льда.

По данным исследователей, он не только снижал свою поверхностную активность в периоды, когда морской лед был более обильным, но и демонстрировал более интенсивное поведение при нырянии.

Нарвалы не включены в список видов, находящихся под угрозой исчезновения Международным союзом охраны природы, но они по-прежнему считаются уязвимыми для деятельности человека — от судоходства и загрязнения воды до изменения климата. Некоторые популяции могут оказаться под угрозой исчезновения.

Жизнь нарвалов переплетается с морским льдом, который быстро сокращается из-за глобального изменения климата, и понимание их поведения может оказаться полезным для их защиты.

Теория хаоса также может быть полезна при анализе поведения животных в более широком смысле, пишут исследователи.

Например, она может помочь нам понять проблемы, с которыми сталкиваются другие дикие животные Арктики в связи с повышением температуры и исчезновением морского льда, хотя этот подход пока находится в зачаточном состоянии.

Потребуется больше исследований (и больше нарвалов), поскольку новое исследование основано только на поведении одной особи.

Тем не менее, оно охватывает "необычайно длительный период" — почти три месяца, добавляют исследователи, отмечая, что аналогичные записи часто охватывают всего несколько дней.

"Наш подход относительно прост в реализации", — объясняют авторы, — "и может отображать и маркировать долгосрочные данные, выявляя различия между поведением отдельных животных и разных видов, а также обнаруживая возмущения в поведении, вызванные меняющимися воздействиями".

Исследование было опубликовано в журнале PLOS Computational Biology.