Леса моря. Жизнь и смерть на континентальном шельфе - Куллини Джон (электронная книга txt) 📗

Ламинариевые живут в холодной воде. Для каждого района характерно несколько видов этих водорослей, но как группа они распространены по всему миру там, где летние температуры воды не поднимаются выше 20 °C. Вдоль восточного побережья Северной Америки буйные заросли этих водорослей не встречаются южнее мыса Кейп-Код, хотя отдельные чахлые растения можно видеть иногда вплоть до северных районов штата Нью-Джерси. В Северной Америке наибольшего развития и разнообразия ламинариевые достигают на Тихоокеанском побережье. Благодаря охлаждающему влиянию Калифорнийского течения они процветают вдоль континентального бордерленда до северной части Калифорнийского полуострова.

Огромные растения: Macrocystis — в Южной Калифорнии, Nereocystis в Пьюджет-Саунд, Laminaria в ледяных водах дальнего Севера, а также более мелкие виды, образующие заросли наподобие густых кустарников, — все это лишь часть того, что может увидеть натренированный и хорошо вооруженный глаз альголога. Подобно большинству живущих в море существ, ламинариевые имеют два разных обличья, но их превращение еще более удивительно, чем длинный ряд существ, сменяющих друг друга в процессе метаморфоза животных, или изменения, совершающиеся у микроскопических водорослей при переходе от активного образа жизни к состоянию покоя во время инцистирования.

Первых биологов, начавших заниматься ламинариевыми, озадачивал вопрос об их зарождении, пока кто-то не заметил крохотные капсулы — сорусы [28], образующиеся вдоль краев толстых кожистых «листьев», или пластин. Сорусы были похожи на семена, хотя слишком маленькие для таких мощных растений, но исследователей ждали и другие сюрпризы.

Зрелые сорусы являются только вместилищем для гораздо меньших по размеру «семян», в каждом сорусе их содержится от шестнадцати до шестидесяти четырех; это число всегда представляет собой экспоненциальное кратное от двух и варьирует у разных видов. Микроскопические «семена» были названы более подходящим для них именем — зооспорами, ибо они умеют плавать, пользуясь при этом крохотными жгутиками. Более того, одноклеточные зооспоры обладают гаплоидным набором хромосом, то есть вдвое меньшим числом этих образований, несущих в себе гены, чем это характерно для растений данного вида.

Предположим, что клетки какой-то крупной бурой водоросли содержат тридцать хромосом, образующих пятнадцать пар. Каждый член пары очень похож на своего партнера, хотя между ними можно найти много небольших различий. Эти различия проявляются в тонких деталях структуры молекул ДНК (дезоксирибонуклеиновой кислоты), которые, растягиваясь, извиваясь и петляя, проходят внутри каждой хромосомы и несут в себе информацию о наследственных признаках. Для нас важно лишь то, что между так называемыми гомологичными хромосомами в данной паре действительно существуют небольшие различия.

Значение зооспор заключается в том, что в процессе их образования происходит распределение гомологичных хромосом одной пары между разными клетками. В противоположность нормальному делению клеток, как это имеет место при росте растений, когда сначала хромосомы удваиваются (внешне это несколько напоминает продольное деление), а затем строго поровну расходятся в образующиеся новые клетки, при формировании зооспор осуществляется редукционное деление. Каждая из новых двух клеток, которые образуются внутри молодого спорангия, получает лишь по одной гомологичной хромосоме из каждой пары хромосом родительской клетки. Таким образом, набор хромосом в них оказывается вдвое меньшим. Почти сразу же эти клетки снова делятся и дают начало уже четырем клеткам. В результате очень тонкого процесса, называемого кроссинговером, в период подготовки к редукционному делению гомологичные хромосомы каждой пары обмениваются друг с другом целыми участками, так что образующиеся зооспоры получают несколько отличающиеся друг от друга, а главное от родительского растения, комбинации генов.

При каждом последующем делении первые четыре зооспоры передают точные копии своего половинного набора хромосом дочерним клеткам. Этот процесс продолжается до тех пор, пока спорангий не окажется заполненным спорами.

Зрелые зооспоры не имеют почти ничего, кроме существенно важного генетического груза, созданных ранее энергетических запасов и жгутиков, обеспечивающих поступательное движение. Тем не менее они готовы пуститься в важное и рискованное путешествие через окружающий их гидрокосмос.

По какому-то неизвестному сигналу спорангии раскрываются, и крохотные зооспоры начинают быстро расплываться во все стороны. Некоторые зооспоры подхватываются поверхностными течениями и вместе с фитопланктоном, вероятно, проделывают многокилометровый путь, прежде чем достигнут дна. Но такое путешествие выпадает на долю далеко не всех зооспор. Многие из них остаются внутри родительского леса или неподалеку от него. Эти зооспоры, мягко опускающиеся на дно, попадают на благодатную почву, уже не однажды доказавшую свою способность вырастить здоровое поколение водорослей.

Достигнув дна, маленькие клеточки начинают создавать поселение. Еще одно характерное свойство этих колонистов заключается в том, что они поровну разделены на мужские и женские особи. Каждая спора прикрепляется к субстрату, прорастает и превращается в небольшое странное растение — гаметофит, то есть размножающееся половым способом. Гаметофиты могут быть мужскими и женскими. Это alter ego мощного, но бесполого спорофита, который мы и имеем в виду, говоря о гигантских водорослях. Гаметофиты представляют собой самостоятельное поколение, которое до недавних времен было плохо знакомо биологам, так, как они микроскопически малы, живут недолго и труднодоступны.

Все известные гаметофиты разных ламинариевых — крохотные, похожие друг на друга растения. Едва различимые невооруженным глазом, этими ни водоросли предстают под микроскопом в виде разветвленных стелющихся нитей, состоящих всего из нескольких клеток. Мужские растения имеют менее крупные клетки и сильнее ветвятся, чем женские. Почти все, что известно о гаметофитах, получено из лабораторных культур, хотя после того как зооспоры активно выходят в заросли ламинарий, они в продолжение какого-то времени должны расти. Это своего рода микроскопическая „трава", покрывающая тусклое морское дно.

Женские растения производят, как правило, небольшое количество особых, одетых плотной оболочкой клеток. Каждая содержит яйцеклетку, которая зреет по мере того, как набухает окружающая ее камера, и в конце концов лопается. Яйцеклетка выталкивается из камеры, но остается висеть на ней снаружи. Тем временем в мужских гаметофитах так же активно идет процесс формирования половых клеток. На кончиках ветвей мужских растений образуются специальные органы — антеридии. Из каждого антеридия и выходит крошечная спермоподобная клетка с двумя жгутиками, после чего мужское растение умирает.

Теперь стратегия размножения, призванная увековечить растение, достигает кульминации. Смысл полового размножения заключается в рекомбинации, или перемешивании, генов, которая увеличивает пластичность, а соответственно и способность данного вида приспособляться к внешним условиям. От поколения к поколению появление различных комбинаций генов обеспечивает возникновение новых адаптивных признаков, необходимых организмам для того, чтобы выжить в этом постоянно меняющемся мире.

Многие простые организмы — бактерии, обитатели фитопланктона, простейшие, даже морские анемоны, плоские черви и некоторые высшие растения — сохраняют способность к бесполому размножению, обычно воспроизводя точные копии путем простого деления тела. Но и они обладают половым размножением, показывая, что и в животном, и в растительном царстве существует потребность в регулярной корректировке изданий. Радикальные изменения в новых тиражах организмов встречаются редко. Может пройти много поколений, прежде чем завершатся какие-нибудь очень сложные процессы отбора. К несчастью для организмов, живущих в современную эру чрезвычайно быстрых изменений среды, у природы нет возможности ускорить редактирование и пересмотреть графики изданий.