Этот неизвестный океан. Как работают приливы, рождаются шторма и живут невидимые создания в морских глубинах - Александр Осадчиев
Эндосимбиоз происходил независимо много раз в ходе эволюции, и таким образом многие независимо развивающиеся группы организмов получали хлоропласты и приобретали способность к фотосинтезу. По строению хлоропласта и количеству его мембран мы можем восстановить историю эволюции разных фотосинтезирующих организмов. Истории эти могут быть очень запутанными с потерями и вторичными приобретениями возможности фотосинтезировать. Эволюция возможности фотосинтеза может затрагивать длинные цепочки разных существ. Например, водоросль Dinophysis получает хлоропласты от инфузории Myrionecta rubra, которая, в свою очередь, берет их у водоросли Geminigera cryophila, у которой вторичный эндосимбиоз с красной водорослью. А теперь просто подумайте о том, что все участники этой цепи – одноклеточные планктонные организмы.
Эндосимбиоз встречается и у морских животных. Прямо сейчас эволюционный процесс эндосимбиоза проходит голожаберный моллюск Elysia chlorotica. Элизия питается зелеными водорослями и складывает хлоропласты съеденных клеток себе в выросты тела, где они благополучно фотосинтезируют. Постепенно этот процесс превращается в настоящий эндосимбиоз, потому что гены некоторых фотосинтетических белков перемещаются в геном элизии, и таким образом она становится способна поддерживать фотосинтез дольше, чем живут украденные хлоропласты.
Чудеса во тьме
Солнечный свет достаточно быстро рассеивается в океане, и на глубинах в несколько тысяч метров должно быть совершенно темно. Тем не менее у многих рыб, живущих там, есть глаза, причем очень большие, будто бы приспособленные к тусклому свету. Некоторые глубоководные организмы действительно используют свое свечение, биолюминесценцию, для различных целей: коммуникации, приманки для пищи, отпугивания. В глубоком океане есть и неожиданный источник света. Имя ему – черенковское излучение. Из-за распада радиоактивных изотопов, содержащихся в небольших концентрациях в морской воде, происходит испускание высокоэнергетических электронов. При движении в воде эти электроны вызывают слабое свечение, которое глаза глубоководных рыб могут улавливать. Вот так совершенно незаметный для нас, людей, световой физический эффект может оказаться значимым для обитателей глубин. А жили бы мы сами в толще воды – и для нас это было бы совершенно очевидно.
Рис. 38.Самка и самец удильщика
Черенковского излучения, тем не менее, совершенно недостаточно, чтобы подпитывать энергией жизнь в темных океанических глубинах. Главным источником энергии в этих местах служит разложение органики, которая опускается сверху. Поток мелких частиц органического вещества из верхних слоев океана в морские глубины называется морским снегом: его движение напоминает медленное падение снежинок. Периодически на дно океана опускается большая порция органики, например мертвый кит или затонувший деревянный корабль. В таких местах на дне быстро расцветает жизнь и бурлит до тех пор, пока кита или дерево не съедят целиком. После того как рыбы, рачки и другие обитатели морского дна съедят все мясо, в дело вступают черви-костоеды, которые выделяют кислоту, разлагающую костную ткань и остаточный жир. У этих червей нет рта и кишечника, зато есть симбиотические бактерии, которые переваривают жидкость, получившуюся после действия кислоты, питая червя. Все эти черви – самки, а в полости их тела живут карликовые самцы, часто по несколько штук.
Рис. 39.Черный курильщик на дне океана
Карликовые самцы характерны не только для червей-костоедов, но и для других обитателей морских глубин, где мало жизни и так сложно встретить партнера. После вылупления из икринки самцы глубоководной рыбы-удильщика дорастают до небольшого размера и стараются как можно скорее найти самку. Как это происходит – неведомо, но у них довольно большие глаза, чтобы лучше видеть и искать. Как только самец находит самку, он вцепляется в нее зубами и уже больше никогда не отпускает, врастая в ее тело. Их жизненные системы сливаются, и от самца остаются самостоятельно работающими только половые органы и маленькие плавнички, по которым их можно распознать. Разница в размерах огромна – самка в 500 000 раз тяжелее самца.
Еще одно удивительное явление на морском дне – это гидротермальные источники. В основном они находятся на срединно-океанических хребтах, где тектонические плиты расходятся, позволяя морской воде проникать вглубь земной коры, нагреваться от магмы и затем выходить обратно в океан в виде горячих, богатых минералами струй. Гидротермальные источники извергают из себя фонтаны морской воды, нагревшейся от взаимодействия с магмой до температур в десятки и сотни градусов. Эти фонтаны называются флюидами и представляют собой сложную смесь жидкости, газов и растворенных минералов. Они не только очень горячие, но и находятся под давлением в сотни атмосфер. Вода в этих флюидах может переходить в сверхкритическое состояние, при котором исчезает различие между жидкой и газовой фазой. Кроме аномально высоких температуры и давления, гидротермальный флюид имеет совершенно иной химический состав, чем окружающие океанические воды. Гидротермальный флюид обогащен сульфидами металлов – соединений различных металлов с серой, которые придают ему черный или белый цвет. Черные курильщики извергают высокотемпературный флюид, насыщенный сульфидами железа, меди и никеля, из-за чего он приобретает темную окраску. Флюид белых курильщиков содержит сульфиды цинка и марганца, что придает ему светлый оттенок.
В районах гидротермальных источников на дне океана в XX веке были обнаружены уникальные экосистемы, основанные на хемосинтезе – процессе создания органического вещества за счет энергии химических реакций (без использования солнечного света). Хемосинтезирующие бактерии, обитающие в таких сообществах, получают энергию для синтеза органических соединений не от солнечного излучения (в отличие от фотосинтезирующих организмов), а путем окисления неорганических веществ, например сероводорода, поступающих из гидротермальных флюидов. Хемосинтезирующие бактерии, обитающие на гидротермальных источниках, участвуют в образовании полезных ископаемых.
Хемосинтез, по-видимому, доминировал на Земле в далекие времена, когда в атмосфере не было кислорода. Хемосинтезирующие организмы, существовавшие примерно 3,8 миллиарда лет назад, стали предками всех ныне существующих живых существ. Биологические сообщества, основанные на хемосинтезе, встречаются не только на морском дне. В 20 веке был открыт десяток пещер в разных регионах Евразии и Северной Америки, которые в течение миллионов лет остаются изолированными от внешнего мира, в том числе от солнечного света и притока кислорода из атмосферы. В них сформировались и эволюционировали уникальные экосистемы, в основе которых лежат хемосинтезирующие бактерии.
Оазисы жизни в океане
В океане есть безжизненные места, а есть оазисы жизни. Если в какую-то часть эуфотического слоя происходит постоянный приток биогенных веществ, например, в результате апвеллинга или с речным стоком, то там развивается повышенная биомасса, то есть общее количество живых существ. Очень часто повышенная биомасса обеспечивается небольшим количеством видов, то
