Леса моря. Жизнь и смерть на континентальном шельфе
Шрифт:
Чтобы осветить биологические границы этого замкнутого внутри себя мира, нужно настроить себя на другую систему представлений. В ней знакомые формы примут угрожающие размеры, а затем выйдут за пределы повседневного опыта. Физические законы воспринимаются совершенно по-другому существами, столь малыми по сравнению с человеком, что игольное ушко для них показалось бы ничуть не меньше, чем для нас мост через пролив Золотые Ворота.
В мире фитопланктона мы сталкиваемся с некоторыми неожиданными биофизическими и биохимическими явлениями. Они обычно ускользают от внимания людей, привыкших воспринимать более весомые вещи, однако именно они являются основными силами, управляющими жизнью существ, размеры которых колеблются в пределах от 0,001 до 0,0001 сантиметра.
Для этих организмов форма тела играет исключительно важную роль, более того, она способна варьировать. Их генетический аппарат устроен так, что особи одного вида при определенных условиях могут внешне несколько отличаться друг от друга. Но сделанный фитопланктонным организмом «выбор», или, скорее, внешнее проявление
Странная, на первый взгляд, форма тела фитопланктонных организмов может способствовать ускорению транспорта необходимых веществ через стенку клетки. В качестве грубой аналогии можно сказать, что губка сферической формы впитывает в себя воду медленнее, чем плоская губка того же объема. Добавьте к этому простые или листовидные выросты, и скорость абсорбции намного возрастет. Организация фитопланктонных организмов не очень сложна, но все детали расположены настолько искусно, что нашим инженерам и во сне не приснилось бы такое решение, даже в нынешний век миниатюризации. У диатомовых нет таких явно выраженных органоидов движения, как, например, жгутики, которыми обладает другая большая группа фитопланктонных организмов — растительные жгутиконосцы. Однако некоторые диатомовые как будто способны изменять плотность своего полужидкого содержимого. Образование газовых вакуолей, небольших внутренних «мешочков», играет ту же роль, что и у некоторых сине-зеленых водорослей — очень примитивных микрорастений, обладающих многими чертами бактерий. Другой способ, с помощью которого, как предполагают, фитопланктонные организмы могут изменять свою плотность, — это накопление, жира и капелек слизи (и то, и другое легче воды). Используя тот или другой механизм изменения плавучести, а возможно, и их комбинацию, фитопланктонные организмы, на первый взгляд совершенно пассивные, могут не только сохранять свое положение в толще воды, но и активно мигрировать вверх и вниз.
Представители мира фитопланктона испытывают при передвижении ограничения и трудности, с которыми людям никогда не приходится сталкиваться. Речь идет об изменениях плотности и вязкости воды. Плотность связана с весом и, следовательно, с явлением водоизмещения. Холодная вода плотнее теплой; соленая вода плотнее пресной. Планктон может оказаться ниже уровня скачка плотности, например термоклина. Подобно шарику, долетевшему до потолка, микроорганизм может оказаться физически неспособным достигнуть верхних, сравнительно разреженных слоев воды. Вязкость, являющаяся мерой сцепления молекул жидкости, тоже может значительно изменяться в мире, заселенном фитопланктоном. Орга-.низмы величиной с человека ощущают силу этих факторов окружающей среды только в крайних или ненормальных обстоятельствах — плавая, скажем, в Большом Соленом озере (плотность) или в бассейне, наполненном патокой (вязкость).
Исходя почти из любой шкалы измерения, можно сказать, что разбавленный химический суп, каким является морская вода, никогда не бывает очень хорошо перемешанным. Это особенно справедливо в отношении используемых водорослями питательных веществ, которые под влиянием самых разных сил концентрируются или рассеиваются в определенных местах.
Апвеллинг, действующий в крупных масштабах, представляет только одну из этих сил. Используя тот или иной способ передвижения по вертикали, члены фитопланктонного сообщества могут натолкнуться на участки высокой концентрации питательных веществ, хотя не ясно, ищут ли они активно такие участки. Известно, однако, что, оказавшись в условиях изобилия питательных веществ, одноклеточные водоросли поглощают такие вещества, как фосфат, быстрее, чем они могут быть использованы ими. Такое „переедание" приводит к накоплению излишков. Позже, оказавшись на голодном пайке, клетки используют эти излишки для поддержания высоких темпов размножения.
Некоторые организмы, обитающие в жидком океаническом супе, не пренебрегают возможностью отхватить более существенный кусок, чем просто нитраты и фосфаты. Хотя эти существа, называемые аутотрофными, обычно осуществляют фотосинтез, они могут также становиться и хемотрофами [25] . Это значит, что они абсорбируют и переваривают в растворенном виде такие вещества, как сахара и аминокислоты, присутствующие в морской воде в низких концентрациях. Хемотрофное питание осуществляется главным образом ночью. Благодаря ему некоторые представители фитопланктона населяют пространства, которые закрыты для чисто аутотрофных организмов. Например, некоторые жгутиконосцы столь же часто встречаются на больших глубинах, куда уже не проникают лучи солнечного света, как и у поверхности воды. По-видимому, они не живут постоянно в глубоких водах, а периодически совершают вертикальные миграции на расстояние одного-двух километров. Но в то время, когда они находятся вне досягаемости света, они могут существовать только как хемотрофные организмы.
25
В
Аутотрофы в свою очередь подразделяются на фотосинтезирующие организмы, использующие для синтеза органических веществ энергию солнечного света, и хемосинтезирующие. Для последних источником энергии служат реакции окисления различных химических веществ (соединения серы, железа и т. д.).
Разделяются на две группы, отличающиеся по способу поглощения пищевых веществ, и гетеротрофы. Одни заглатывают небольшие оформленные кусочки органического происхождения с помощью специального ротового отверстия (у одноклеточных организмов оно получило название цитостома, или клеточного рта). Такой тип питания называется анимальным. Другие же поглощают растворенные в окружающей среде органические вещества отдельными участками или даже всей поверхностью тела. Это — сапрофиты.
Говоря о диатомовых водорослях, Куллини имеет в виду миксотрофные и гетеротрофные сапрофитные формы. — Прим. ред.
Для существования большинства видов фитопланктонных организмов свет абсолютно необходим, и тем не менее обычно они не могут долго оставаться в условиях идеальной освещенности.
Свет в море ослабевает с глубиной. Средняя глубина зоны проникновения света, в которой клетки водоросли получают достаточно света для поддержания роста, составляет 200 метров.
Каждый конкретный вид фитопланктонных организмов приурочен к какой-то более или менее определенной глубине. Большинство форм встречается, однако, не очень далеко от поверхности моря. Некоторые же виды лучше всего себя чувствуют в условиях меньшей освещенности. Клетки, обитающие в полумраке, быстро увеличивают содержание хлорофилла. Таким образом, в более глубоких участках освещенной зоны накопление запасов этого алхимического вещества обеспечивает высокие темпы работы действующей при помощи солнечной энергии фабрики, которая превращает углекислый газ и воду в простой сахар. Чем больше в наличии хлорофилла, тем больше световой энергии можно уловить и использовать для осуществления химических превращений. Когда эти клетки возвращаются в зону с более высоким уровнем освещенности, избыток хлорофилла исчезает, вероятно, крохотные растения просто переваривают его.
Изменения, сопровождающие переход клеток от существования в условиях яркого освещения к жизни при низких уровнях освещенности, совершаются в течение нескольких часов, или за один цикл деления. Так, во время апвеллинга различные фитоорганизмы, движущиеся в конвекционной ячейке, регулируют свой зависящий от солнечной энергии производственный процесс с максимальной эффективностью. Поднимаясь вверх или опускаясь вниз, они пользуются чем-то вроде автоматической заслонки, и крохотный органический мотор продолжает плавно крутиться, не зная ни напряжения, ни холостых оборотов. Реакция микроводорослей на различную интенсивность света снова вызывает в памяти образ леса в море, ибо такая адаптация соответствует появлению «солнечных» и «теневых листьев у высших» растений. [26]
26
Растения, живущие в условиях полной освещенности (гелиофиты), и растения, предпочитающие затененные участки (скиофиты), различаются по строению листьев. Часто даже у одного растения листья, расположенные на затененных ветвях («теневые» листья) и хорошо освещенных («солнечные» листья), отличаются друг от друга по целому ряду морфоанатомических особенностей. — Прим. ред.
Суточный цикл фотосинтезирующей деятельности планктонных водорослей окутан тайной. В большинстве районов океана, особенно у экватора, самым продуктивным временем рабочего дня аутотрофных фотосинтезирующих организмов является раннее утро. Фотосинтез в тропическом фитопланктоне, добытом из моря и помещенном в специальные инкубаторы с постоянным освещением, в 8 часов утра протекает почти в 6 раз интенсивнее, чем в 7 часов вечера. Эти колебания постепенно уменьшаются к северу от экватора и совершенно исчезают между 60 и 70° северной широты. Ученые не дают какого-либо окончательного объяснения этому явлению. Они выдвигают предположения об усталости клетки или перенасыщении ее ненужными продуктами, но действительные причины повышенной утренней активности фитопланктона еще ждут объяснения.
Рост численности фитопланктонных организмов в основном определяется наличием доступных для них ресурсов. Даже несмотря на способность клеток регулировать количество содержащегося в них хлорофилла, в условиях плохой освещенности скорость их размножения снижается. При очень высокой концентрации микроскопических водорослей, когда можно говорить о «цветении» воды, клетки, находящиеся в поверхностном слое, затеняют клетки, оказавшиеся внизу. Это способствует стабилизации плотности фитопланктона. Нулевой рост популяции устанавливается самой популяцией.