Текст книги "100 великих тайн океана"

«Живой» свет океана

«Звук и свет – два вечные начала», – сказал однажды поэт. Его слова полностью подтверждает море. Действительно, в Мировом океане, помимо говорунов и певцов, обитают также животные, которые светятся, словно новогодние гирлянды. Причем таких организмов немало. Правда, квалификация у каждого из них разная. У одних организмов способность продуцировать свет находится в самом зачатке, другие смогли обзавестись столь мощными прожекторами, что устраивают изумительные по красоте иллюминации и великолепные фейерверки.

Вот только совершенно непонятно, какими принципами руководствовалась Природа, наделяя способностью к освещению тех или иных морских животных. Можно было бы подумать, что главным критерием в данном случае является глубина. Но, как показывают исследования, между глубиной и способностью организма к свечению видимой связи нет. Так, одни светящиеся организмы обитают в толще многокилометровых глубин, другие же всю свою жизнь проводят у самой поверхности океана.

Может быть, на способность быть «фонарем» или отсутствие таковой влияет как-то образ жизни животного? Увы, опять – никакой зависимости: фонарики имеют и убежденные домоседы, и планктонные организмы, и самые быстроходные стайеры океана – рыбы и кальмары. В общем, в этом вопросе царит полная неразбериха. А чтобы не мучить себя домыслами, оставим эту проблему специалистам и поговорим о самóм живом свете.

Доказано, что возникает он в результате высвобождения энергии при сложных биохимических реакциях. В качестве «топлива» используются специальные вещества, по-научному называемые люциферинами. Общим для большинства из них является то, что свечение возникает в результате их окисления с помощью специальных ферментов – люцифераз.

Для реакций, порождающих свет, характерна еще одна особенность: выделяющаяся в результате окисления энергия не превращается в тепло, а тратится на специфическое возбуждение молекул, способных выделять энергию в виде фотонов света.

Каракатица двурогая сепиола

Так, у рачков ципридиний, относящихся к классу ракушковых, на окисление одной молекулы люциферина расходуется всего 1 молекула кислорода, в результате чего выделяется 1 молекула углекислого газа.

Ну а что же сам свет? Оказывается, эффективность люциферинов у разных животных разная, но в целом достаточно высокая. У одних организмов в свет переходит 10 % химической энергии, высвобождающейся при окислении люциферина, у других – до 50.

Количество же испускаемого света зависит от энергоемкости люциферина. Ципридии, медузы эквории и бактерии, чтобы получить всего 1 фотон, должны окислить свыше 3-х молекул люциферина.

Но встречаются организмы, в частности, некоторые моллюски, и с более энергоемким люциферином. У них при окислении тех же 3-х молекул этого вещества выделяется уже 2 фотона. Наиболее же «квалифицированные» обитатели моря синтезируют люциферин, способный при окислении 100 молекул обеспечить испускание 90 фотонов.

Что же касается самих светящихся структур, то их насчитывается несколько типов. Так, у одних животных гранулы люциферина находятся в клеточной протоплазме и там же окисляются, что приводит к непосредственному свечению тканей тела. У других животных люциферин выделяется в составе слизи, покрывающей кожу. При этом сами кожные покровы не светятся. Наконец, некоторые животные могут выбрасывать облачко светящейся жидкости, выработанной специальными желёзками, прямо в окружающее пространство.

Много в океане и таких организмов, которые хотя и используют фонарики, но, тем не менее, не умеют вырабатывать ни люциферина, ни люциферазы. Эту функцию выполняют за них их многочисленные помощники – микроорганизмы. Сами же хозяева ограничиваются лишь тем, что создают для существования крохотных «светотехников» подходящие условия, да еще и заботятся о рациональном использовании их фонариков и прожекторов.

В отличие от многоклеточных организмов, у одноклеточных животных гранулы люциферина равномерно распределены в протоплазме их миниатюрных тел. Причем у этих крошечных существ настолько мало материальных ресурсов, что, экономя их, они вспыхивают только в особых случаях. Так, маленькая водоросль ночесветка включает фонарик лишь в ответ на механическое воздействие.

Большинство видов моллюсков, ракообразных и рыб пользуются специализированными светильниками. Наиболее совершенные из них напоминают по своему устройству самые настоящие прожекторы, то есть могут направлять лучи света в разные участки пространства. Снаружи их световой орган покрыт темной непрозрачной оболочкой, внутренняя поверхность которой блестит, словно фольга; она хорошо отражает свет и является, по сути, рефлектором. В передней части светильника часто находится прозрачная линза, концентрирующая световой поток, а внутри – светящаяся в темноте слизь. Края линзы содержат большое количество пигментных клеток, играющих роль диафрагмы: они регулируют размер отверстия, а значит, и диаметр светового луча.

В случае необходимости линза полностью теряет прозрачность, и тогда прожектор «выключается». Часто для этого используется шторка – специальная кожная складка, заслоняющая линзу, как прикрывающее глаз веко.

Очень оригинальный выключатель у каракатиц. Их фонарики совмещены с чернильным мешочком. Если фонарь нужно выключить, каракатица выпускает в мантийную полость немного чернил, те покрывают тонкой светонепроницаемой пленкой поверхность фонарика, и свет гаснет.

Свет, испускаемый живыми организмами, может быть белым, сине-зеленым, рубиново-красным, фиолетовым. Иногда животное снабжено фонариками 3–4 цветов.

Сам же цвет зависит от природы молекул люциферина, от характера светофильтров, через которые он проходит, и от оптических свойств рефлекторов.

О том, как морские животные пользуются своими светильниками, известно значительно меньше, нежели о механизмах свечения. Например, трудно даже предположить, зачем небольшой рыбке апогону целых три прожектора в пищеводе. То ли для того, чтобы пойманная добыча не стремилась вырваться наружу, то ли, наоборот, чтобы она старалась протиснуться внутрь пищевода своим ходом.

Вообще же свет помогает обитателям океана решать несколько проблем. Главная из них, видимо, коммуникативная. Безусловно, без особых сигнальных систем найти себе пару в непроглядной мгле бескрайних вод океана самцу очень и очень сложно. Впрочем, как и отбившемуся от своей стаи кальмару вернуться в родной коллектив.

Обоняние для поисков непригодно: вода в глубинах океана перемещается крайне медленно, и запах далеко не распространяется. Звуки тоже не годятся: они слышны на значительном расстоянии и могут привлечь внимание врагов. А вот слабый свет фонариков издалека не виден, и им удобно пользоваться в своем обособленном мирке.

Взять, к примеру, эвкарид – крохотных рачков, в огромных количествах обитающих в полярных районах океана. Заметить их, пока они, зависнув у поверхности, сохраняют неподвижность, практически невозможно: рачки не имеют пигмента и потому прозрачны. Это помогает им спасаться от врагов, но мешает общению. И только световая сигнализация помогает устранить данную проблему. Органов свечения у рачков насчитывается обычно 5 пар: они располагаются на глазных стебельках, на грудных ножках и на нижней поверхности брюшных сегментов. Их фонарики вспыхивают на несколько секунд зеленовато-желтым светом, а потом гаснут. Такая световая сигнализация позволяет рачкам собираться в стаи, а самцам – находить самок. Ярчайшая же вспышка в случае нападения врага всех 10 светильников служит, несомненно, сигналом опасности.

Наиболее яркий пример использования световой сигнализации дают светящиеся черви из загадочного Бермудского треугольника. Самки этих донных животных в период размножения поднимаются к поверхности, где вальсируют, выписывая круги свадебного танца, и испускают при этом яркий свет. Вслед за ними поднимаются самцы. Они устремляются к свету. Самки с потушенными огнями их не привлекают. Если встреча состоялась, самцы включаются в танец и пляшут до упаду, а достигнув оргазма, одновременно со своими партнершами выбрасывают в воду половые продукты, где и происходит их оплодотворение.

Свет широко используется и на охоте. Небольшая глубоководная рыба галатеатума, проголодавшись, располагается где-нибудь на видном месте и раскрывает рот, в глубине которого шевелится нечто светящееся. Постоянно голодные глубоководные хищники не колеблясь засовывают свою голову в пасть галатеатумы, на что она как раз и рассчитывала.

Аналогичным образом поступают представители подотряда глубоководных удильщиков. У них один из лучей спинного плавника достигает очень большой длины и направлен вперед. С «удилища» прямо над пастью коварной рыбы свешивается приманка – очень ярко окрашенное грушеобразное утолщение, у глубоководных рыб к тому же еще и светящееся. Нетрудно догадаться, что подводные обитатели, заинтригованные соблазнительной приманкой, вмиг оказываются в зубах коварного обманщика.

Глубоководные хищники пользуются несколькими моделями «удочек». У одних они очень короткие, и тогда светящаяся приманка располагается прямо у самой пасти. А вот у гигантактиса, к примеру, «удилище» вместе с «леской» раза в 4 превышает его собственную длину. Поэтому хищник имеет возможность далеко «закидывать» наживку и собирать тем самым неплохой улов с огромного пространства.

Лизиогнаты и церации пользуются «спиннингами». Само «удилище» находится у них в специальном канале на спине и может выдвигаться оттуда и убираться назад. Пользуясь этим приспособлением, рыбы имеют возможность постепенно подманивать к своей пасти даже очень осторожную дичь. У лизиогнат приманка снабжена тремя крючками, позволяющими подцепить и подтащить ко рту опешившую от неожиданности добычу.

Но живой свет не только кормит своих хозяев. Нередко он даже спасает им жизнь. Известно, что если наземное животное ядовито или просто несъедобно, оно оповещает об этом окружающих яркой окраской. Морские же животные используют для подобных целей свои «бортовые огни».

Так, яркая вспышка часто используется для того, чтобы напугать или хотя бы отвлечь от себя внимание нападающего хищника. Многие животные зажигают свои огни, лишь оказавшись в чьих-либо зубах. В этом случае хищник от испуга или удивления может открыть рот, и тогда жертве удастся спастись. Таким приемом ловко пользуются некоторые черви.

Очень оригинально защищается от врагов каракатица двурогая сепиола, диаметр тела которой едва достигает 2 сантиметров. Ночью маленькая сепиола ярко сияет. Но если подвергается нападению, то выбрасывает в воду светящееся облачко, а сама, погасив огни, удирает от врага, обманутого светящимся двойником. Так же поступают и многие мелкие рачки.

У глубоководных креветок около ротовой полости расположены специальные железы, из которых в случае опасности вытекает светящееся облачко. Подвергшаяся нападению стайка креветок тотчас отгораживается от хищника «огненной» завесой из множества таких светящихся пятен и бросается врассыпную.

В царстве Посейдона с помощью фонариков многие организмы сообщают своим собратьям о появлении хищника. Яркая вспышка света раненого животного – своеобразный способ предупреждения соплеменников об опасности. Скопление рачков, потревоженное напавшими на них рыбами, ярко светится, сигнализируя сородичам о возникшей тревожной ситуации.

И хотя кому-то это может показаться невероятным, тем не менее свет в царстве вечного мрака помогает рыбам, каракатицам и кальмарам… маскироваться. Зоологи обратили внимание, что фонарики у подводных обитателей нередко находятся только на брюхе. Иногда их насчитывается несколько сотен, и располагаются они чаще всего правильными рядами. На небольших глубинах, куда еще проникают солнечные лучи, их голубой свет, если смотреть на животное снизу, должен сливаться с чуть голубым фоном поверхности моря и делать их незаметными. Рыбы же с потушенными огнями на светлом фоне океанского «неба» должны казаться серой или совсем темной тенью.

Кстати, ученые по сей день не могут ответить на ряд вопросов, связанных с окраской морских обитателей. Например: почему организмы, живущие на дне, становятся бесцветными начиная с глубины 2000 метров? И наоборот: почему некоторые виды креветок, бесцветные в верхних слоях океана, на глубине несколько тысяч метров приобретают красный либо фиолетовый цвета? Или: почему голубой свет вызывает у зоопланктона беспокойство и вся его масса сразу начинает беспорядочно метаться и рассеиваться? Подобное поведение зоологи прозвали в шутку «голубым танцем». При красном же свете, наоборот, происходит концентрация планктона.

Сконцентрированная жизнь

15 февраля 1977 года американские исследователи достигли на подводном аппарате «Алвин» дна Тихого океана, покорив глубину в 2540 метров. Место, где они погрузились в океан, находилось в 280 километрах северо-восточнее Галапагосских островов. Но главным было не само погружение, а то удивительное явление, которое предстало взорам членов экипажа.

Один из исследователей, профессор Массачусетского технологического института Дж. М. Эдмонд так описывает это историческое погружение: «Типичный базальтовый ландшафт выглядел довольно уныло: монотонные поля бурых “подушек” разбиты многочисленными трещинами; на площади несколько квадратных метров не всегда можно было увидеть живое существо…

Но здесь мы оказались в оазисе. Рифы из мидий и целые поля гигантских двустворок, крабы, актинии и крупные рыбы, казалось, купались в мерцающей воде…

Мы наткнулись на поле горячих источников. Внутри круга диаметром около 100 метров теплая вода струилась из каждой расселины, каждого отверстия в морском дне».

Да, американские ученые действительно впервые увидели замечательное зрелище – настоящий оазис живых организмов. А вскоре слово «оазисы» подхватила мировая пресса, и цветные изображения экзотических животных появились на страницах многих иллюстрированных журналов.

Естественно, возник логичный вопрос: откуда взялся в абиссали, в царстве вечного мрака, столь буйный расцвет жизни? Ведь во всех руководствах по экологии неизменно повторялась одна и та же мысль: без растений экосистемы существовать не могут, так как отсутствие источника органических веществ приравнивается к отсутствию пищи. В таком случае за счет чего же живут эти странные организмы? Какой источник пропитания нашли они на столь огромных глубинах? Ведь наличие теплой воды отнюдь не равносильно наличию надежной кормовой базы! И все-таки в данном случае произошло нечто похожее.

Как выяснилось впоследствии, в рифтовых оазисах наличествует источник органического вещества. И это отнюдь не распространенные на Земле растительные фотоавтотрофы, а хемоавтотрофные микроорганизмы, использующие тот эндогенный сероводород, который несут с собой действующие на дне океана гидротермальные источники.

А вот уже следующее трофическое звено – макрофауна – питается как раз хемоавтотрофными микроорганизмами (архебактериями и бактериями). Таким образом, эти абиссальные сообщества (единственные в своем роде!) являются своеобразными приемниками внутриземной, то есть эндогенной, а не солнечной энергии.

Колония рифтий

В этом заключается первая и самая главная отличительная особенность обитателей рифтов. Но есть еще и вторая – широкое распространение симбиотических организмов. Хемоавтотрофные бактерии зачастую (но не всегда!) функционируют прямо в теле многоклеточных организмов и даже образуют там кристаллики самородной серы. Например, численность бактерий, сосредоточенных в особом органе погонофор, достигает 3,7 миллиарда клеток на 1 грамм веса организма! Пищеварительная система у такого рода симбионтов полностью атрофирована: у них нет ни рта, ни желудка, ни кишечника.

Третьей же отличительной особенностью рифтовых оазисов жизни является удивительное их своеобразие. Причем оно настолько экзотично, что каждый вновь открытый оазис получает собственное название: «Розовый сад» (он был первым), «Райский сад», «Мидиевая банка», «Одуванчики», «Лужайка для пикников» и т. д. Само же своеобразие «оазисов» заключается прежде всего в разнообразии населяющих их животных. Учеными описано уже более десятка новых семейств и подсемейств кольчатых червей, погонофор, гастропод, ракообразных и других существ из этих сообществ.

И все же самыми характерными обитателями рифтов являются рифтии – представители новооткрытого рода погонофор, получившего свое родовое название по факту обитания в районе рифтов. По описаниям очевидцев, при приближении подводного аппарата к скоплениям этих организмов сразу бросаются в глаза их перепутанные, срастающиеся концами белые трубки и красные плюмажи.

Рифтии – это крупные червеобразные животные длиной до 1,5 метра при диаметре 3,5–4 сантиметра, живущие в гибких цилиндрических трубках из белка и хитина. Рифтии – типичные симбиотрофы, то есть животные, питающиеся за счет «вмонтированных» в них хемоавтотрофных бактерий.

Другими характерными обитателями рифтов являются помпейские черви. Слепые крабы и рыбы в этих оазисах пасутся на «зарослях» рифтий и полихет, как коровы на заливных лугах.

Гигантизм обитателей – еще одна отличительная особенность рифтов.

Так, длина «обычных» (не рифтовых) погонофор, как правило, не превышает 10 сантиметров. Рифтии же достигают 1,5 метра. Здесь же обитают и гигантские двустворчатые моллюски размером с суповую тарелку или даже блюдо (до 25–30 сантиметров в поперечнике) и с толщиной раковины до 8 миллиметров. При этом растут они в 500 раз быстрее, чем их ближайшие родственники, живущие вне зоны рифта и имеющие размеры на порядок меньшие (2–3 сантиметра в поперечнике).

Интересно, что «гигантомания» в этих оазисах затронула даже бактерий, достигающих размерами 0,11 миллиметра – величины, для подобных созданий органического мира вообще неслыханной!

Плотность живых организмов на единицу площади в рифтовых сообществах необычайно высока. Например, в районе первого погружения «Алвина», то есть на глубине 2500 метров, биомасса одних только рифтий составляет от 10 до 15 килограммов на квадратный метр, тогда как обычно на такой глубине плотность живого вещества приравнивается лишь к 0,1—10 грамма на квадратный метр. Поток эндогенного вещества повышает биомассу на 3–5 порядков!

Ученые французской экспедиции «Биоспариз», посетившие в 1984 году открытые ими ранее оазисы абиссальной жизни, зафиксировали в структуре сообществ серьезные изменения, произошедшие всего за 2 года. Там, где гидротермальная деятельность за это время прекратилась, распались и сообщества организмов. Лишь скопления раковин гигантских моллюсков свидетельствовали местами о былом расцвете жизни.

Размеры оазисов небольшие: десятки метров в поперечнике. Общая же протяженность меридионального пояса рифтовых «оазисов» жизни составляет в Тихом океане около 8 тысяч километров.

Долгое время считалось, что основная зона распространения этих глубинных пятен жизни расположена в восточной части Тихого океана на глубинах от 1500 до 3000 метров. Однако в марте 1984 года был обнаружен оазис жизни вне зоны рифта – в Атлантическом океане, недалеко от побережья Флориды, на глубине 3266 метров. Первооткрыватели не зафиксировали в нем каких-либо специфических особенностей, отличавших бы его от ранее известных, «подлинно рифтовых» сообществ организмов. Источником питания хемоавтотрофных микроорганизмов здесь также служит сероводород, однако поступает он не из рифта, а из зоны шельфа. На этом основании ученые сделали вывод, что подобные сообщества могут не только существовать вне рифтовых зон, но и не требуют повышенных температур: им необходимы лишь восстановленные неорганические соединения, используемые в качестве пищи.

Тогда исследователи рифтов задали себе другой вопрос: когда именно появились в биосфере абиссальные оазисы жизни? Ответ был получен довольно скоро: около 570 миллионов лет назад. Именно такой возраст имеют древнейшие ископаемые остатки, обнаруженные учеными на территории Ирландии. Но если это действительно так, тогда рифтовые сообщества организмов – одна из древнейших экосистем, существующих на нашей планете.

Открытие абиссальных рифтовых скоплений жизни справедливо расценивается как одно из крупнейших биологических открытий, сделанных в 70-е годы прошлого века. Их исследования интенсивно продолжаются и по сей день.

И можно, пожалуй, согласиться с американским ученым Д.Ф. Грэсслом, сказавшим, что после открытия абиссальных рифтовых экосистем «изменилось наше представление о жизни в глубинах морей, и еще много сюрпризов ждет нас в ближайшем будущем».