Следы былых биосфер, или Рассказ о том, как устроена биосфера и что осталось от биосфер геологическо - Лапо Андрей Витальевич
Первым правильно сумел ответить на этот вопрос Чарлз Дарвин в классическом труде «Коралловые рифы» (1842). Он показал, что формирование коралловых рифов происходит при непрерывном погружении морского дна. Своим ростом кораллы (и другие организмы) компенсируют это погружение, и глубина моря остается примерно одинаковой. А поскольку для длительного роста рифов требуется сохранение скорости прогибания на одном и том же месте, цепочки рифов обычно бывают приурочены к крупным долго живущим разломам. Это обстоятельство позволяет использовать древние рифы для реконструкции тектонического режима геологического прошлого.
Ископаемые рифы имеют широкое распространение. По мнению академика Д. В. Наливкина, в кайнозое и мезозое рифовые известняки составляют главную массу всех известняков. В Ленинграде рифовые известняки можно увидеть не только в Геологоразведочном музее: они использовались для отделки подземного вестибюля станции метро «Площадь Восстания» (а в Москве — станция «Комсомольская»). Присмотревшись, в них можно найти органические остатки — обломки морских лилий (название может ввести в заблуждение: морские лилии — не растения, а животные, ныне вымирающие).
Мы рассмотрели сгущения жизни в океане, выделенные В. И. Вернадским. Современной наукой установлены еще два типа характерных сгущений: апвеллинговое и абиссальное рифтовое.
Апвеллингом (от англ. up — наверх и to well — хлынуть) называется явление подъема глубинных океанских вод к поверхности. А поскольку на большей части Мирового океана развитие жизни лимитируется главным образом недостатком неорганического азота и фосфора, то любой подъем на поверхность донных вод, обогащенных минеральными элементами и углекислотой, оказывает благотворное влияние на развитие жизни. Особенно ярко эта закономерность проявляется в тропических и субтропических районах. Поэтому именно здесь сосредоточены все крупнейшие апвеллинги планетарного масштаба: Канарский, Бенгельский, Сомалийский, Калифорнийский, Перуанский и Экваториальный.
Вот как описывает современный путешественник апвеллинговое сгущение жизни у берегов Аравийского полуострова: «Казалось, что даже в самой атмосфере района апвеллинга ощущалось богатство морской жизни. По сравнению с кондиционированным воздухом в помещениях на судне холодный влажный воздух моря имел вполне определенный стойкий запах рыбы… Стаи дельфинов, порой столь многочисленные, что, казалось, они простираются до самого горизонта, окружали судно, отставая лишь на мгновение, чтобы порезвиться в волнах. Все море, казалось, кипело жизнью».
Воды, обогащенные элементами минерального питания и углекислотой, обычно поднимаются с небольших глубин: приблизительно 100 м и очень редко до 300 м. Скорость подъема вод очень небольшая — от 1 до 5 м в день (представьте лифт, который поднимается с такой скоростью!). Самая мощная продуцирующая система Мирового океана находится в зоне Перуанского апвеллинга. С его площади, занимающей всего 0,02% всей акватории океана, получают до 15—20% мирового улова рыбы.
О безнадежных затеях иногда говорят: «Ищи ветра в поле». Еще труднее, пожалуй, отыскать следы течения в море, существовавшем миллионы лет назад. Выручают некоторые характерные виды радиолярий и своеобразные сочетания различных типов осадков, по которым сейчас успешно выявляют древние апвеллинговые сгущения жизни. Так, львовский ученый, доктор геолого-минералогических наук Юрий Николаевич Сеньковский на основании исследования кремнистых пород недавно оконтурил апвеллинг в море, существовавшем на территории Карпат в меловое время. Выполнены и более древние реконструкции. Показано, например, что в палеозое апвеллинговые сгущения жизни были приурочены к окраинам Сибири, Австралии и Северной Америки. Свидетельством этого являются залежи морских фосфоритов, горючих сланцев и кремнистых толщ в этих регионах.
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).
