Следы былых биосфер, или Рассказ о том, как устроена биосфера и что осталось от биосфер геологического прошлого - Андрей Лапо

Наконец, последним из ныне известных сгущений жизни в океане (рис. 3) являются абиссальные рифтовые (не путать с рифовыми!). Эти сгущения жизни — бесспорно, самые удивительные! — впервые предстали перед взором человека 15 февраля 1977 г., когда американский подводный аппарат «Алвин» в 280 км к северо-востоку от Галапагосских островов достиг дна Тихого океана на глубине 2540 м. Американские ученые под руководством Р. Бэлларда производили в то время исследования гидротермальных источников рифтов — зон раздвижения земной коры. Один из наблюдателей, профессор Массачусетского технологического института Дж. М. Эдмонд, так описывает это историческое погружение: «Типичный базальтовый ландшафт выглядел довольно уныло: монотонные поля бурых «подушек»[43] 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 м теплая вода струилась из каждой расселины, каждого отверстия в морском дне».

Слово «оазисы» сразу было подхвачено мировой прессой, их цветные фотографии появились во многих иллюстрированных журналах. Однако поначалу было совершенно непонятно, откуда в абиссали, в царстве вечного мрака, такой расцвет жизни? Во всех руководствах по экологии, вплоть до новейших, неизменно повторяется одна и та же мысль: «Без растений экосистемы не могут существовать, так как у них не будет источника органического вещества, а это означает то же самое, что отсутствие пищи». Чем же при полном отсутствии растений (откуда им взяться на глубине 2,5 км?) питаются эти странные гиганты? Ведь нежиться даже в самой теплой воде можно только при наличии надежной кормовой базы!

Рис. 3. Абиссальное рифтовое сгущение жизни. На переднем плане — рифтии (слева и справа), двустворчатые моллюски (среди «подушечной лавы»), крабы, рыбы. На среднем и заднем плане — «черные курильщики» (в виде труб) и «белые курильщики», покрытые «зарослями» полихет. На заднем плане справа — прекративший свое существование «черный курильщик» с распадающимся сообществом организмов

«Есть многое на свете, друг Горацио, что и не снилось нашим мудрецам», — обронил как-то шекспировский Гамлет. Действительно, кто мог бы себе представить, что в рифтовых сгущениях основой жизни окажутся не фотоавтотрофы, как везде на Земле, а хемоавтотрофные микроорганизмы? Между тем исследования показали, что дело обстоит именно так.

Гидротермальные источники, действующие на дне океана, несут эндогенный сероводород, который используют большинство хемоавтотрофов (некоторые микроорганизмы утилизируют водород, аммиак, NO2, Fe2+, Mn2+). Следующее трофическое звено — макрофауна — питается хемоавтотрофными микроорганизмами (архебактериями и бактериями), и, таким образом, эти абиссальные сообщества (единственные в своем роде!) являются приемниками эндогенной, а не солнечной энергии. В этом — первая и самая главная отличительная особенность абиссальных рифтовых сгущений жизни.

Вторая особенность — широкое распространение симбиотрофных организмов. Хемоавтотрофные бактерии зачастую (но не всегда!) функционируют прямо в теле многоклеточных организмов и даже образуют там кристаллики самородной серы. В особом органе погонофор, где сосредоточены бактерии, их численность достигает 3,7 млрд. клеток на 1 г веса. Пищеварительная система у такого рода симбиотрофных организмов полностью атрофирована: у них нет ни рта, ни желудка, ни кишечника (это, кстати, причиняет большие неприятности ученым — из-за отсутствия «брюха» они не могут решить, где у этих организмов брюшная, а где — спинная сторона тела). Симбиоз многоклеточных животных с фотоавтотрофами был известен и ранее, однако их сосуществование с хемоавтотрофами впервые было установлено в абиссальных рифтовых сгущениях жизни (впоследствии такого рода симбионты были найдены и в других экосистемах).

Третьей отличительной особенностью рифтовых сгущений жизни является удивительное своеобразие их органического мира. Он настолько экзотичен, что каждый вновь открытый оазис получал собственное название: «Розовый сад» (он был первым), «Райский сад», «Мидиевая банка», «Одуванчики», «Лужайка для пикников»… В абиссальных рифтовых сгущениях описано больше десятка новых семейств и подсемейств кольчатых червей, погонофор, гастропод, ракообразных, много новых родов разных типов. Только в последнем по времени открытия оазисе на подводном хребте Хуан-де-Фука зафиксировано 14 новых видов многоклеточных животных. Многие из обитателей абиссальных сгущений пока не попали в механические «руки» (манипуляторы) подводных аппаратов и известны лишь по фотографиям.

Самым характерным обитателем рифтовых сгущений жизни являются рифтии — представители новооткрытого рода погонофор, получившего свое родовое название по обитанию в районе рифтов. По описаниям очевидцев, их перепутанные, срастающиеся концами белые трубки и красные плюмажи сразу бросаются в глаза при приближении подводного аппарата к сгущениям жизни. Рифтии — крупные червеобразные животные длиной до 1,5 м при диаметре 3,5—4 см, живущие в гибких цилиндрических трубках из белка и хитина. Это типичные симбиотрофные животные, питающиеся за счет «вмонтированных» в них хемоавтотрофных бактерий.

Другими характерными обитателями абиссальных рифтовых сгущений являются полихеты, подобно рифтиям, живущие в трубках (но не хитиновых, а известковых). Один из новооткрытых представителей полихет получил название помпейского червя за свое близкое поселение к гидротермальным источникам, извергающим дымы (их называют белыми и черными курильщиками).

Слепые крабы и рыбы в рифтовых сгущениях жизни пасутся на «зарослях» рифтий и полихет, как коровы на заливных лугах. А вдоль трещин, по которым изливаются гидротермы, селятся гигантские (до 30 см) двустворчатые моллюски. Их плоть, как и у рифтий, инкрустирована тионовыми бактериями.

Гигантизм обитателей — еще одна отличительная особенность рифтовых сгущений жизни. Длина «обычных» (не рифтовых) погонофор, как правило, не превышает 10 см. Рифтии же, как упоминалось, достигают 1,5 м. Под стать им и гигантские двустворчатые моллюски размером с суповую тарелку или даже блюдо (до 25—30 см в поперечнике) и с толщиной раковины до 8 мм. Растут они в 500 раз быстрее, чем их ближайшие родственники, живущие вне зоны рифта и имеющие на порядок меньшие размеры (2—3 см в поперечнике). Интересно, что «гигантомания» в рифтовых сгущениях затронула даже бактерии, которые достигают здесь 0,11 мм — величины, для этого подцарства органического мира вообще неслыханной!

Плотность жизни в рифтовых сгущениях необычайно высока. В районе Галапагосских островов на глубине 2500 м биомасса одних только рифтий составляет от 10 до 15 кг/м², тогда как обычно на такой глубине плотность живого вещества донной пленки лишь 0,1—10 г/м². Поток эндогенного вещества повышает биомассу на 3—5 порядков! Эти расчеты показывают независимость рифтовых сгущений жизни от солнечной энергии — при полнейшей подчиненности гидротермам, длительность действия которых исчисляется, по-видимому, первыми десятками лет. Ученые французской экспедиции «Биоспариз», посетившие в 1984 г. открытые ими ранее оазисы абиссальной жизни, зафиксировали серьезные изменения в структуре сообществ, произошедшие всего за два года. Там, где гидротермальная деятельность за это время прекратилась, распались и сообщества организмов. Лишь скопления раковин гигантских моллюсков порой свидетельствовали о недавнем расцвете жизни.

Размеры оазисов небольшие: десятки метров в поперечнике — как лужайки в лесу или залы музеев. Все известные до последнего времени оазисы расположены в восточной части Тихого океана на глубинах 1500—3000 м, причем большая их часть — на оси срединно-океанического Восточно-Тихоокеанского поднятия: на 21° с. ш., 10—13° с. ш., у экватора (Галапагосский рифт) и у острова Пасхи (27° ю. ш.). Самое северное сгущение жизни находится за пределами Восточно-Тихоокеанского поднятия, в проливе Хуан-де-Фука у южной оконечности острова Ванкувер. В пределах каждого из этих участков, как правило, имеется несколько изолированных эфемерных оазисов, расположенных друг от друга на расстоянии нескольких сотен метров. Общая протяженность меридианального пояса рифтовых сгущений жизни составляет в Тихом океане около 8 тыс. км.

В марте 1984 г. учеными Скриппсовского океанографического института в США было сделано неожиданное открытие: «рифтовое» сгущение жизни было встречено вне зоны рифта — в Атлантическом океане, недалеко от побережья Флориды, на глубине 3266 м. Первооткрыватели не зафиксировали в нем каких-либо специфических особенностей, отличающих его от ранее известных, «подлинно рифтовых» сгущений жизни. Источником питания хемоавтотрофных микроорганизмов здесь также служил сероводород, однако последний поступал не из рифта, а из зоны шельфа. На этом основании ученые сделали далеко идущий вывод, что подобные сообщества могут существовать не только в рифтовых зонах, как ранее предполагалось, и не требуют повышенных температур: им необходимы лишь восстановленные неорганические соединения, используемые в качестве пищи. Будем ждать новых открытий.