Сады Семирамиды

Одно из семи чудес света - висячие сады, которые были сооружены в Вавилоне по повелению Навуходоносора на четырех этажах высокой башни. Это был подарок царя его любимой жене, мидийской царевне, тосковавшей в жаркой, голой, безлесной Вавилонии по горным прохладным лесам своей родины. Хозяйку удивительных садов звали вовсе не Семирамидой. Просто людская молва приписала их легендарной ассирийской царице, посмертно причисленной к богам.

Подводное царство богато висячими садами. Правда, растущие в них "деревья" не столь живописны, как посаженные по повелению царя Навуходоносора, но смею утверждать, по-своему не менее красивы. Подводные висячие сады возникли не по чьей-то прихоти и выполняют функцию единственной житницы океана, без которой жизнь здесь была бы невозможна. В отличие от "архитектурных излишеств" Вавилона висячие сады Посейдона - это огромные поля-плантации, урожай с которых тщательно убирается, я бы сказал, утилизируется, и им в конечном итоге кормятся все обитатели подводного царства.

Как и на поверхности Земли, где основой производства продуктов питания являются зерновые, в океане есть свои "массовые культуры", на 95-99 процентов покрывающие потребности подданных Посейдона. Это, несомненно, водоросли. Они здесь основа основ органической жизни, а океан их родовая вотчина. Из 1000 взятых в океане наугад растительных организмов 999 будут наверняка водорослями. О них и пойдет речь.

Водоросли - сборная группа низших растений, объединяющая растительные организмы самых различных размеров от микроскопических одноклеточных величиной в доли микрона до многоклеточных гигантов, достигающих 30-60 метров. В водорослях сосредоточена четверть всего живого вещества Земли. Соответственно велико их значение в современной жизни океана и всей планеты в целом и трудно переоценима историческая роль как древних фотосинтезирующих организмов, насытивших земную атмосферу кислородом. От водорослей произошли высшие растения, сумевшие расстаться с водой и переселившиеся жить на сушу. Наконец, именно водоросли являются главным звеном круговорота в природе таких важнейших элементов, как кальций и кремний.

Водоросли

Представители большинства видов современных водорослей, кроме паразитов и организмов, научившихся пользоваться готовым органическим веществом, обладают способностью к фотосинтезу. Тела многоклеточных водорослей не расчленены, как у высших растений, на корни, стебли и листья, а устроены более однородно и состоят главным образом из так называемого слоевища, в котором отсутствует специализация на фотосинтезирующие и поглощающие питательные вещества части. Ведь водоросли живут в питательном "растворе" и могут всасывать его всей поверхностью. Поэтому у них нет таких органов, как древесные стволы, стебли и ветви, и отсутствует сосудистая система, выполняющая у наземных растений транспортную функцию, ведь им нет нужды перемещать по своему телу воду и питательные вещества. Все необходимое водорослям поступает к ним извне прямо туда, где эти вещества будут использованы.

Крупные водоросли - оседлые существа. Они живут на одном месте, прикрепившись к грунту специальной присоской. Это отнюдь не корень с его многообразными функциями, а всего лишь якорный канат. У крупных водорослей вроде ламинарий можно увидеть нечто, напоминающее сильно укороченный стебель, но это опять-таки всего лишь фундамент, место крепления остальных частей растения. Никаких иных функций за этим органом, носящим название ножки, не водится. Нет у водорослей и цветков. Большинство размножается довольно сложным половым или бесполым способами. Очень часто даже самые крупные водоросли размножаются с помощью крохотных, активно передвигающихся зооспор. Могут водоросли плодиться и вегетативным путем, то есть частями, отторгнутыми от материнского организма.

Из того, что здесь было сказано о водорослях, больше половины относится к растениям, о которых речь пойдет в следующей главе. Органическое вещество в висячих садах Посейдона создают микроскопические одноклеточные водоросли динофлягелляты и диатомеи, объединяющие огромное число видов.

Диатомеи, или кремнеземки, - крохотные организмы размером от 5 микрон до 1 миллиметра. Сказать что-нибудь определенное об их внешнем виде трудно, так они разнообразны. Диатомеи бывают треугольными, овальными, нитевидными или палочковидными, могут иметь форму блюдечка, розетки, чаши или еще более причудливый вид. Среди кремнеземок есть индивидуалисты, предпочитающие держаться особняком, и компанейские существа, образующие колонии в виде нитей, цепочек, лент, звездочек, снежинок. Колонии, конечно, крупнее одиночных водорослей, а потому заметнее.

Клеточное тело диатомоновых водорослей имеет две оболочки: внутреннюю пектиновую, какой пользуются клетки большинства растений, и наружный кремневый панцирь, устроенный как двустворчатая раковина, похожая на коробку с надетой на нее крышкой. Структура материала, из которого образована раковина, и ее конструкция различны у разных видов кремнеземок. Общая особенность - огромное количество пор, пронизывающих стенки коробки. Они предназначены для снабжения водоросли питательными веществами, кислородом и другими газами, необходимыми для жизнедеятельности одноклеточного организма.

Важная деталь панциря - кремниевые выступы в виде игл, рогов, щетинок. Они помогают растению не тонуть, выполняя роль парашюта, о чем речь ниже, и служат "стыковочными блоками", с помощью которых можно объединиться, создавая колонию. Прочность соединения усиливается с помощью клейкой слизи, выделяющейся через специальные поры. Клей обеспечивает надежное соединение, и некоторые диатомеи, отказавшись от стыковочных блоков, "строят" колонии на клею.

В клеточной протоплазме диатомеи находится одно или несколько крупных тел шаровидной или овально-уплощенной формы, окрашенных в зеленый, желтый или коричневый цвет. Это хромопласты, особые "органы" растительной клетки, где находится аппарат для улавливания солнечной энергии. Обычно они располагаются непосредственно под внутренней оболочкой, но когда интенсивность света становится велика, уходят внутрь клетки, "в тень".

Погибая, диатомеи медленно тонут. Их маленькое тело по дороге разрушается бактериями, и на дно падают главным образом раковины. Четырехкилометровой глубины достигают только раковины крупных диатомеи. Мелкие за это время успевают разрушиться и раствориться в морской воде. На больших глубинах залегают мощные диатомовые илы.

Вторым важнейшим "деревом" висячих садов являются динофлягелляты. В их число входят перидинеи, или панцирные жгутиконосцы, о которых ботаники с зоологами еще окончательно не договорились, считать их растениями или животными, а исследования биохимиков дают основание предполагать, что динофлягелляты не являются ни тем, ни другим, занимая между растениями и животными промежуточное положение.

У этих организмов два жгутика, начинающихся рядом на "брюшной" стороне тела и расположенных перпендикулярно друг к другу. Начальная часть более толстого жгутика лежит в продольном желобке тела, а конец направлен назад и торчит наружу. Второй жгутик занимает поперечное положение, опоясывая тело "по экватору", и тоже уложен в специальной борозде. Некоторые динофлягелляты, хотя и называются панцирными жгутиконосцами, лишены оболочки. Большинство же имеет надежный панцирь, который построен из строго определенного числа пластин, изготовленных из клетчатки. На теле жгутиконосца они уложены в определенном порядке. Благодаря этому под микроскопом водоросль выглядит как сшитый из отдельных кусочков кожи футбольный мяч.

В теле большинства видов перидинеи под наружной оболочкой находятся желто-зеленые хромопласты. Они содержат хлорофилл, ксантофилл, перидинин, диноксантин и другие каротиноиды. Те динофлягелляты, которые владеют перечисленными пигментами, довольствуются фотосинтезом и использованием растворенных в морской воде нитратов и фосфатов. Остальные получают энергию, питаясь другими организмами, например, ресничными инфузориями и частичками детрита. Если фотосинтезирующие перидинеи попадают в мутную воду, куда свет не проникает, они способны стать "хищниками". В отличие от диатомеи перидинеи - жители тропических и субтропических морей и служат здесь отличной пищей не только для рыбьих мальков, но и для взрослых рыб - сардин и анчоусов.

Некоторые перидинеи способны к свечению. Ночесветки испускают голубовато-зеленый свет с максимальной длиной волны в 470 нанометров, а у гониаулаксов излучение чуть сдвинуто в более длинноволновую часть спектра.

В тропических морях широко распространены представители золотистых водорослей - кокколитофориды. Это очень мелкие жгутиконосцы диаметром не более 30 микрон, имеющие шарообразную или веретенообразную форму и снабженные двумя жгутиками. Одеты они в обычную оболочку, покрытую слоем слизи, а сверху дополнительно оснащенную мелкими известковыми пластинками - кокколитами, форма которых специфична для каждого из 200 видов водорослей. От того, как кокколиты расположены по отношению друг к другу, зависит жесткость и эластичность наружного скелета.

В некоторых районах Мирового океана, в частности в Средиземном море, кокколитофориды способны к массовому размножению, создавая огромную плотность до 30 миллионов в литре воды, и таким образом превосходят по продуктивности диатомеи и динофлягеллят, составляя от 30 до 98 процентов мелкой части планктона. Значительна роль кокколитофорид и как накопителей углекислого кальция. Они активно участвуют в образовании мощных, в несколько сот метров толщиной, пластов океанических отложений и материковых пород. В мелах именно им принадлежит ведущая роль. Известковые илы покрывают ²/₃ поверхности дна Атлантического океана. В них скелеты кокколитофорид по численности занимают первое место, правда, по массе преобладают раковины фораминифер.

В северных морях заметную часть планктона составляют кремнежгутиковые - одноклеточные водоросли с кремневым наружным скелетом и одним жгутиком. Под оболочкой водорослей лежат золотисто-желтые или бурые хлоропласта, в которых содержатся хлорофилл, фукоксантин и другие каротины. Кремнежгутиковыми питаются личинки иглокожих и других беспозвоночных.

Интересную группу представляют собой широко распространенные разножгутиковые водоросли. Особенно заметна их роль в антарктических морях. При массовом размножении они придают воде зеленоватый оттенок. Водоросли интересны тем, что про запас накапливают в своем теле не крахмал, а жиры. Постоянно встречаются в планктоне и сине-зеленые водоросли. Впрочем, многие их виды предпочитают жить на дне и являются типичными представителями бентоса. По существу, водорослями их считать нельзя. По характеру клеточных ядер их относят к бактериям и называют цианобактериями, хотя среди них встречаются как одноклеточные, так и многоклеточные нитчатые виды, а многие способны образовывать большие скопления в виде корок и кустиков длиной до 20 сантиметров.

Сине-зеленые водоросли содержат хлорофилл, каротиноиды, а также особый фотосинтезирующий пигмент фикобилипротеид, находящийся в специальных тельцах. Они окрашивают водоросли в сине-зеленый или розовый цвет и часто являются причиной цветения воды. Окраска воды Красного моря связана с присутствием там сине-зеленых водорослей. В южных морях, особенно в Индийском океане, при их бурном размножении вода на огромных пространствах приобретает красновато-коричневый цвет. Некоторые виды сине-зеленых водорослей съедобны, а порой обладают способностью фиксации азота воздуха. Видимо, в связи с этим их клетки богаты белком. Вот почему сине-зеленые водоросли считаются перспективным объектом для культивирования с целью получения кормового и пищевого белка.

Плавучие сады занимают верхний стометровый слой воды. Одноклеточные водоросли благодаря незначительной величине легко удерживаются здесь и не тонут" У них велико соотношение размера поверхности и веса, благодаря чему трение о воду значительно и надежно удерживает их в поверхностном слое. Наиболее крупные водоросли, чтобы замедлить падение, пользуются парашютами.

Фабрики фотосинтеза - хромопласты отделены от протоплазмы клетки двумя оболочками. Внутренняя мембрана уложена в хитроумные складки, в результате внутри хромопласта образуется 10-20 плоских мембранных мешочков, уложенных стопкой, как блины. Мембрана каждого отдельного мешочка, или тилактоида, вымощена, как мостовая, микроскопическими "булыжниками" - квантосомами размером около 17,5 нанометра и массой 2000000 дальтона. (Дальтон равен ¹/₁₂ массы изотопа углерода С¹².) Эти кусочки мембраны содержат несколько видов пигментов. У диатомей это хлорофилл и ксантофилл, участвующие в фотосинтезе, и маскирующий пигмент диатомин.

Главный пигмент, обеспечивающий фотосинтез, - хлорофилл. Известно несколько его типов. У зеленых водорослей основным является хлорофилл а. Только он обладает фотохимической активностью. Остальные выполняют вспомогательные функции, собирая энергию солнечного света и передавая ее хлорофиллу. В качестве дополнительных пигментов зеленые водоросли используют хлорофилл b, диатомовые и бурые - хлорофилл с, красные - хлорофилл d. Обычные вещества растительных клеток - каротиноиды - используются как дополнительные пигменты. Они настроены на улавливание энергии световых волн иной длины, чем хлорофилл а. Дополнительные пигменты позволяют использовать в фотохимических реакциях до 95 процентов энергии солнечных лучей.

Фотосинтез - это процесс, с помощью которого зеленые растения и некоторые бактерии переводят энергию солнечных лучей в химическую форму, используя ее для синтеза углеводов из углекислого газа и воды. При этом из молекул воды высвобождается кислород, являющийся побочным продуктом фотосинтеза. Для восстановления одной молекулы углекислого газа и выделения одной молекулы кислорода нужно разрушить две молекулы воды, для чего необходима энергия 8 фотонов.

Висячие сады могут существовать лишь там, куда проникает достаточно света. Поверхность воды всегда отражает часть солнечных лучей. Даже в полдень, когда солнце находится в зените, а поверхность океана не тревожит и самая легкая зыбь, в воду проникает лишь 95 процентов света. В другое время дня или при волнении теряется до 30 процентов энергии солнечных лучей. Морские водоросли способны пользоваться ничтожными количествами света. Прозрачность воды оценивается в соответствии с глубиной, на которой еще виден белый диск диаметром в 30 сантиметров. Зона, где еще возможен фотосинтез, в 2,5 раза превышает эту величину. Светоулавливающие пигменты работают эффективно!

В открытом океане глубже всего в воду проникают лучи голубой части спектра, а в прибрежных районах - желтые и зеленые. Планктонные водоросли поглощают преимущественно лучи голубой части спектра. Свет, богатый красными лучами, тормозит фотосинтез. Вот почему наиболее комфортабельные условия для фотохимических реакций создаются на глубине 25-30 метров, куда лучи красной части спектра почти не проникают. В прозрачной воде до глубины 120 метров интенсивность фотосинтеза такова, что выделение водорослями кислорода способно еще компенсировать потребности дыхания. Опускаясь в бездну, одноклеточные водоросли могут осуществлять фотохимические реакции до глубины 300-600 и даже 900 метров, но уже не способны обеспечить свое существование за счет фотосинтеза и, чтобы жить, должны расходовать ранее запасенные вещества. Истратив все резервы, водоросли гибнут, если случайным током воды их не вынесет к свету.

Фотосинтез - основной процесс, ведущий к увеличению свободной энергии в биосфере за счет ее поступления извне. Подсчитано, что благодаря фотосинтезу за год на Земле создается около 150 миллиардов тонн органического вещества и выделяется 200 миллиардов тонн свободного кислорода. Почти половина этой колоссальной работы ложится на плечи одноклеточных водорослей океана. Далеко не все органические вещества и не весь кислород, полученные благодаря усилиям морских одноклеточных водорослей, расходуются жителями подводного царства. Они поступают в общую земную копилку и частично используются обитателями суши.