Летающие жирафы, мамонты-блондины, карликовые коровы... От палеонтологических реконструкций к предск - Журавлёв Андрей Юрьевич
Вообще вся эта история с динозаврами — явно с душком, пусть даже и метановым. А хочется вздохнуть полной грудью. Сохранись до наших дней тот высокий уровень углекислого газа, что был в начале палеозойской эры, нам бы пришлось непросто. Но на помощь пришли другие существа…
Внушительные меловые утесы и кремнистые скалы, облака, парящие в небесной выси, и тропические циклоны, смывающие приморские города и деревни, — все эти поражающие воображение разнородные явления обязаны существованием одной мелочи, которую не в каждый микроскоп разглядишь. Ведь даже организм размером в миллиметр выглядит среди них как секвойя на травяной лужайке. Группа климатологов во главе с Анандом Гнанадесиканом из Национального управления США по океану и атмосфере установила с помощью компьютерного стимулирования: одно из самых грандиозных на Земле явлений — тропические циклоны — зависит от одного из самых микроскопических — а именно от планктонных водорослей. Эти свободно парящие в океане одноклеточные организмы, подобно деревьям и травам, развиваются благодаря преобразованию солнечной энергии в пигментах — таких, как хлорофилл. Пигменты [25] названы так не случайно: многомиллиардные скопления планктонных водорослей придают поверхности океана более темную окраску. Если планктон отсутствует, солнечный свет коротковолнового диапазона рассеивается в глубинах, не влияя на температуру вод, а в местах таких скоплений поверхность океана нагревается. Этот и есть одно из важных условий для зарождения циклона. Поскольку планктон отнюдь не однороден, а состоит из весьма «пестрых» групп водорослей, приспособленных к разным глубинам обитания и другим особенностям среды, то изменение состава планктонных сообществ может влиять на место зарождения циклона и на его силу.
Ураганы — далеко не единственное явление на планете, за которое отвечают планктонные водоросли. Облака, казалось бы зависящие лишь от воли ветра, более всего нуждаются в пылинках или капельной взвеси (аэрозоли). Без такой затравки облако само по себе никогда не появится. Четверть века назад метеоролог Роберт Чарлсон из Университета штата Вашингтон и химик Джеймс Лавлок, разрабатывавший инструментальные программы для НАСА, предположили, что затравкой могут служить капельки органических кислот на основе серы и метана. Эти кислоты образуются в нижних слоях атмосферы при распаде диметилсульфида. Название подсказывает, что основу молекулы этого вещества составляет ион серы, к которому присоединены две метильные группы (СН3). И хотя органические вещества не обязательно создаются организмами, диметилсульфид накапливается именно в ходе роста одноклеточных водорослей. После отмирания живых клеток диметилсульфид попадает в воду и, испаряясь вместе с ней, оказывается в атмосфере. Потому скопления планктонных водорослей в океане оказываются одновременно районами образования облаков. Затем вместе с потоками воздуха облака перетекают (именно перетекают, поскольку состоят из воды) в сторону суши и проливаются дождями. Более трети облаков, проплывающих над континентами и приходящих со стороны океана, появляется благодаря морским водорослям. Так необходимую влагу получают наземные растения. Чтобы понять масштабы этого явления, достаточно обратиться к цифрам: в пересчете на объемы серы, водоросли в 1,7 раза более значимы для появления облаков, чем вулканы. И хотя одноклеточные организмы уступают по этому показателю человеческой деятельности (в 8,3 раза), благодаря своему океаническому положению именно они в первую очередь отвечают за возникновение и рост облаков. В любом случае до появления человека планктонные водоросли были самой влиятельной силой в формировании облачного покрова.
Но и это еще не все. Есть такое понятие «альбедо», смысл которого скрывается в его латинском корне albus — белый; альбедо характеризует способность поверхности отражать падающий поток излучения. Именно благодаря белому цвету облачный покров прекрасно отражает солнечные лучи, а водоросли, таким образом, влияют на земное альбедо. Ведь, если бы не они, облачный покров был бы тоньше, и солнечное излучение сильнее бы нагревало земную поверхность, а не рассеивалось бы в космосе. А так мы живем при довольно комфортной температуре, в среднем на 1,3 °C ниже, чем было бы без водорослей. По мере утолщения облаков все меньше солнечной энергии достигает поверхности океана, а значит, условия роста водорослей ухудшаются, они меньше образуют различных органических веществ, и цикл замыкается.
Состав планктонных водорослей не однороден. Сейчас среди них преобладают кокколитофориды, динофлагелляты и диатомовые, причем только первые две из этих групп отвечают за образование серосодержащих соединений. Конечно, самим водорослям подобные вещества необходимы совсем не для влияния на погоду: они нужны для регулирования давления в клетке (чтобы держаться на плаву), для окисления продуктов обмена веществ и многого другого. Различаются водоросли по набору фотосинтезирующих пигментов, архитектуре раковинки, набору органелл, количеству и строению жгутиков.
Так «кокко-лито-фориды», что в переводе с греческого означает «зерна из камня несущие» (соответственно κόκκος, λίθος и φορέω), по цвету дополнительного (к хлорофиллам) пигмента относятся к золотистым водорослям и имеют два-три жгутика. Это одно из самых мелких живых существ: в литре морской воды может поместиться до 200 миллионов особей этих одноклеточных. Диатомовые [26]водоросли, наоборот, являются довольно крупными по меркам микромира существами — до миллиметра в поперечнике. Эти организмы лишены жгутиков на зрелой стадии развития, окрашены в коричневатые тона и строят округлые или удлиненные двустворчатые раковинки, своего рода коробочки с крышечками, из опала (легко растворимой разности кремнезема). Когда клетка размножается бесполым путем, она делится — рассекается надвое, и одному потомку достается половинка побольше (крышечка), а другому — поменьше (коробочка). Потомок, получивший большее наследство, пристраивает к своей половинке вторую поменьше, а маленький — еще меньшую. Так из поколения в поколения отпрыски последнего продолжают мельчать, но до определенного предела. В конце концов, чтобы разомкнуть странную цепочку, наследники находят себе партнеров, и у «папы» с «мамой» появляется потомство нормального размера. Диатомовые удивительно живучи и могут размножаться и в горячих источниках, и в Заполярье, придавая снегу красноватый оттенок, они прижились в почве и даже на деревьях. При обильном развитии — цветении — некоторых видов этих водорослей выделяется сильно ядовитая домоевая кислота. Яд поглощается моллюсками, которые, попав на обеденный стол, вызывают потерю памяти у гурманов (страдают ли потерей памяти сами моллюски, пока никто не изучал).
Динофлагелляты, что означает «вертящие жгутиком» [27], используют два разных по длине жгутика для движения — один, расположенный продольно, в качестве руля, другой, поперечный, — как мотор. Поперечный жгутик волнообразно изгибается вокруг клетки, создавая волну, на «гребне» которой клетка и плывет, вращаясь. Панцирь у динофлагеллят — гибкий, органический; состоит он из отдельных пластинок, образующих нечто вроде рыцарского шлема странной формы. Именно эти микроскопические (0,005–2 миллиметра) существа устраивают восхитительные зеленоватые световые представления в морской воде среди ночи. Но они же вызывают губительные «красные приливы» (по цвету пигментов), поскольку во время цветения динофлагеллят, что теперь нередко происходит в дельтах рек и полузамкнутых морских заливах, загаженных отходами человеческой деятельности, гибнут рыбы, раки, моллюски. Некоторые динофлагелляты еще помнят о своем хищном прошлом — ведь предки всех одноклеточных водорослей были хищниками — и, убивая рыбу своим ядом, потом питаются ее мясом.
