Кухня сатаны

Холод, вечный мрак и мертвая тишина, вот что представляют собою глубины океана. И чем дальше от поверхности океана, тем однообразнее и беднее там жизнь. Такими еще недавно представлялись океанологам пучины океана. Но в 1977 году произошло событие, поколебавшее это представление. Систематическое изучение морского дна близ Галапагосских островов обнаружило на глубинах порядка 2,5 километра выходы геотермальных вод и богатейший, а главное, необычный мир живых организмов.

Сначала открытие не вызвало сенсации: ученые давно свыклись с необычайностью животного мира Галапагосского архипелага. Однако когда такие же оазисы стали обнаруживать и в других районах океана, стало ясно, что ученые столкнулись с совершенно необычным миром.

Необычайный мир

Необычность оазисов начинается с самих скважин. Горячая вода вытекает здесь не из трещин на дне океана, а из высоких башен, и ее шлейфы в виде черных облаков тянутся по течению на десятки метров. За это их и окрестили "черными курильщиками". По внешнему виду трубы больше всего напоминают гигантские термитники африканских саванн. Советские океанологи встретились с ними в 1986 году в Тихом океане на дне Калифорнийского залива. А годом раньше экспедиция на судне "Академик Мстислав Келдыш" нашла гигантские башни "черных курильщиков" в районе Срединно-Атлантического хребта. Основания самых крупных из них достигали в диаметре 200 метров, а жерла находились на высоте 70 метров! Кроме дымящихся, экспедиция обнаружила трубы, давно переставшие куриться. Они, как потухшие вулканы, напоминают о бурных событиях, некогда происходивших в океанской бездне.

Вода, выбрасываемая "курильщиками", необычна. Ее температура достигает 350-360 градусов, в ней нет кислорода и нитратов, зато присутствует сероводород (точнее, анион HS^-), которому в морской воде быть не полагается. Выпадение серы и других веществ, возникающее при охлаждении воды, и придает ей черный цвет. "Черные курильщики" возникают, когда океанская вода просачивается сквозь дно и попадает в места разлома земной коры. Там она нагревается, изменяет свой химический состав, а выходя в конце концов на поверхность и охлаждаясь, отдает часть выносимых из глубин веществ, которые тут же осаждаются, образуя трубу.

Почему вокруг "черных курильщиков" возникают оазисы? Какие обеды готовят их обитателям на кухне у самого сатаны? Повышение температуры воды способно вызвать усиление обменных процессов, быстрый рост и интенсивное размножение, но совершенно очевидно, что одного этого совершенно недостаточно для бурного развития жизни. Термальные источники создают в зоне оазиса циркуляцию воды. Вытекающие из "труб" горячие струи поднимаются вверх, по пути подогревая окружающую воду, заставляя и ее подниматься к поверхности. Ей на смену в зону оазиса затягивается окружающая холодная вода. Таким образом в оазис поступает во много раз больше свежей воды, оставляющей здесь часть принесенного с собою органического вещества, чем на соседние участки. Это серьезно увеличивает пищевые ресурсы оазисов.

Однако не эти дары Посейдона дают толчок к развитию жизни. Изучение химического состава тел тамошних обитателей показало, что не планктон служит здесь главным поставщиком пищевых веществ. Источником жизни в оазисах является сероводород. В процессе окисления иона HS^- высвобождается немало энергии, что дает возможность живым организмам запасать ее в виде молекул АТФ (аденозинтрифосфата).

Здесь следует сделать маленькое отступление в область биохимии. Жизнь всех без исключения организмов от бактерий до человека возможна лишь благодаря их умению запасать энергию в виде АТФ. Это соединение выполняет в клетках организма функцию аккумулятора энергетических ресурсов. Обычно для создания запасов АТФ используются пищевые вещества, а в конечном итоге фотосинтез и солнечная энергия. Подводные оазисы - почти единственное место на нашей планете, где живые существа не зависят от милости Солнца. Их отсутствие компенсирует сероводород, обеспечивая синтез АТФ, что позволяет множеству животных существовать в районах подводных оазисов.

Животные не способны сами утилизировать сероводород. Он для них ядовит, да и необходимых для этого ферментов они не имеют. Сульфиды - соли сероводородной кислоты используются только сульфидокисляющими бактериями. С помощью специальных ферментов они окисляют HS^-, а получаемую при этом энергию используют для синтеза из углекислого газа и нитратов более сложных органических веществ.

Бурно развивающиеся серные бактерии поселяются на любом твердом субстрате, покрывая скалы пленкой своих колоний, или просто живут в толще воды. Здесь ими питаются все фильтраторы, а со скал "слизывают" черви и моллюски. За счет бактериядных животных в оазисах существуют более крупные хищники: голотурии, колонии медуз, похожих на нежные одуванчики, и различные ракообразные. Более 20 совершенно новых видов животных уже обнаружили ученые в подводных оазисах.

Есть здесь даже особые рыбы. У "черных курильщиков" близ Галапагосских островов постоянно держатся около 20 видов макрурид и офидиид. Большинство из них не подплывает к "дымящим" вершинам труб. Видимо, там для них слишком жарко или не хватает кислорода. Только зоорциды свободно снуют в облаках черного "дыма" над вершинами труб да диплаканторомы то ныряют в самые жерла, то ненадолго выглядывают наружу.

Самые обычные обитатели оазисов - гигантские погонофоры, нитевидные существа длиною от 5 сантиметров до 1,5 метра, живущие в хитиновых трубках. Передний конец тела увенчан пучком щупалец. Они и дали название погонофор, то есть несущих бороду, всему типу животных. Слово "погон" в переводе с греческого означает "борода".

В числе необычных особенностей погонофор следует упомянуть любовь к холодной воде и к высоким давлениям. Хотя животные встречаются и на мелководье, но по всему чувствуется, что они созданы для больших глубин. Другая, поистине необычная особенность погонофор - отсутствие пищеварительной системы. Для животных, не являющихся паразитами, это чрезвычайно странно.

Загадку сумели разгадать совсем недавно. Оказалось, что погонофоры оазисов живут за счет растворенных в воде веществ, которые превращают в удобоваримое состояние миллиарды одомашненных тружеников - серных бактерий, работающих на "химкомбинате", который занимает все обширное помещение внутренней полости тела. HS^-, кислород, нитраты и углекислый газ всасываются из морской воды венчиком щупалец и с помощью кровеносной системы доставляются в цех "химкомбината" на переработку. Здесь за счет энергии, добываемой из сероводорода, вырабатываются необходимые погонофорам азотистые соединения и углевод малат.

Содружество погонофор и серных бактерий кажется фантастичным. Сероводород высокотоксичное вещество и мог бы отравить любое существо, но погонофоры для его доставки на "химкомбинат" изобрели специальное транспортное средство. Этот газ плохо растворяется как в морской воде, так и в крови. Если бы дело ограничивалось его диффузией из воды в кровь и последующим переносом к месту дислокации серных бактерий, "химкомбинат" постоянно бы лихорадило из-за отсутствия сырья. Свободный сероводород в крови гигантских погонофор находится в ничтожных количествах, а потому и не склонен переходить в ткани тела животного, и угроза отравления невелика. Основная масса молекул газа, как бревна на железнодорожной платформе, прочно закреплена в крови сульфидосвязывающим белком и в полной сохранности доставляется к месту назначения.

Белок, выполняющий роль транспортной платформы, обладает высоким сродством с сероводородом. Поэтому, как только молекула сероводорода перейдет из морской воды в кровь, она тотчас вступает в связь с молекулой транспортного белка, будет "схвачена" ею, окажется "погруженной" на транспортную платформу. Наличие транспортных специальных средств дает возможность транспортировать гораздо больше сероводорода, чем его могло бы раствориться в крови.

"Сырью" в крови погонофор гарантирована полная сохранность. Это очень важно! Кроме сероводорода, кровь транспортирует и кислород. Близкое соседство опасно. Сырье обладает повышенной горючестью, а при соседстве кислорода всегда возможно "самовозгорание". Сульфидосвязывающий белок обеспечивает противопожарную безопасность: связывая молекулы сероводорода, он не дает им вступать в какие-либо реакции. Организация транспортной системы безупречна. Неясным остается только вопрос, каким образом на "химкомбинате" происходит разгрузка сырья, как серные бактерии снимают молекулы сероводорода с транспортных платформ.

"Химкомбинаты" гигантских погонофор работают в обычных для больших глубин температурных условиях при +2-3 градусах. Серные бактерии, которыми богата вода оазисов, во всяком случае, некоторые из них, предпочитают более теплый климат. Их основная масса зарождается где-то на кухне у сатаны в глубине пористых вулканических отложений морского дна. Учитывая высокую температуру воды, выбрасываемой из жерл "черных курильщиков", это может показаться совершенно невероятным. Однако лабораторные эксперименты убедили, что при температуре 250 градусов и давлении в 250 атмосфер бактерии чувствуют себя превосходно. Видимо, для них это зона температурного комфорта. В такой парилке они плодятся с невероятной скоростью и всего за несколько часов численно увеличиваются в 100 раз! Бактерии чувствуют себя вполне сносно даже при 300 градусах. Напомню, что сухая газетная бумага загорается уже при температуре +265. Такую жару бактерии могут переносить, лишь находясь в воде.

В соответствии с физическими законами при давлении в 250 атмосфер точка кипения воды оказывается значительно выше 100 градусов. Поэтому на кухне у дьявола она не кипит, не превращается в пар, а остается жидкой. Серные бактерии на нашей планете чемпионы по термоустойчивости и вполне достойны быть занесенными в книгу рекордов Гиннесса.

Погонофоры не одиноки. В оазисах обитает ряд животных, пользующихся помощью первичных продуцентов. Двустворчатые моллюски выделяют серным бактериям жилплощадь на территории жабр. Видимо, это позволяет уже здесь, в жабрах, очистить кровь от проникшего в нее из воды сероводорода и тем оградить себя от последствий его воздействия на организм. Химические цеха этих моллюсков невелики и вряд ли способны обеспечить "продовольствием" своих хозяев. Вероятно, это лишь "подсобное хозяйство", поставляющее деликатесные продукты к барскому столу или помогающие пережить перебои в продовольственном снабжении.

Источник процветания глубоководных оазисов - сероводород. Мощнейшие "курильщики", впервые обнаруженные в Атлантике советскими океанологами, не назовешь богатыми жизнью оазисами. Здесь отсутствуют заросли погонофор - гигантских вестиментифер, не бродят огромные крабы, не ползают по конусам стаи моллюсков. Стены подводных пиков дают приют лишь голубоватым актиниям и толпам серовато-белых невзрачных креветок. Ведь атлантические "курильщики" выбрасывают мало сероводорода. На кухне у сатаны сероводород не деликатес, а главное пищевое вещество, без которого здесь трудно добиться процветания.

Геотермальные ключи бьют не только на дне океана. Они встречаются на мелководье и просто на суше. Внимание советских ученых привлекли источники горячих сернистых вод в бухтах Брохтом и Кратерная на островах Курильской гряды Семушир и Янкича. Они давно известны людям и всегда вызывали суеверный страх. На Янкиче, среди отвесных стен кратера уже приутихшего вулкана и ручьев сернистого кипятка, петляющих по желто-зеленой прибрежной луговине, над которой протянулись шлейфы раскаленных газов, местные жители - айны - некогда совершали жертвоприношения. А в бухте бурлит жизнь. Здесь живут и размножаются морские черви и голотурии, двустворчатые моллюски и рыбы, кишат всевозможные рачки, инфузории, микроскопические водоросли. Основой питания им служат продукты биосинтеза. А как же иначе, когда живешь под солнцем? Эта пища употребляется с гарниром из органических веществ, синтез которых оказался возможен за счет сероводорода. Все обитатели бухты, которым доступна такая мелочь, как серные бактерии, усиленно питаются ими, в свою очередь, становясь добычей более крупных животных.

Темпы хемосинтеза не зависят от климатических факторов среды. Зимой, когда дни на севере становятся короче, а тучи и туманы все чаще заслоняют бухту от солнца, доля хемосинтезированной пищи возрастает. Повышенная температура воды позволяет здешним обитателям поддерживать высокий уровень обмена веществ, быстрый рост и бурные темпы размножения, а два пути снабжения продуктами питания закладывают энергетическую основу всеобщего процветания.

Геотермальные воды - не единственный источник сероводорода. Наше безразличие к судьбам океана породило множество свалок на его дне, где сероводород образуется при разложении белковых веществ. Чаще всего его искусственные месторождения возникают в местах сброса сточных вод. Одно из таких мест расположено в Тихом океане у западных берегов Северной Америки. Сточными водами его снабжает Лос-Анджелес. Недавно зоологи обнаружили там своеобразных моллюсков из семейства солемий, живущих в удлиненно-овальных раковинах с фестонами на брюшном краю их дома, образованными из волокнистого рогового вещества конхиолина, которым снаружи бывают отделаны раковины моллюсков.

Вторая особенность океанских мусорщиков - большие перистые жабры. Они не только успешно выполняют дыхательную функцию в бедной кислородом среде, но и дают возможность разместить на своей обширной территории цеха "химкомбината", где трудятся все те же серные бактерии. Жабры служат единственными поставщиками продовольствия. Кишечник у солемий отсутствует, и другими видами пищи они воспользоваться не в состоянии.

У обитателей глубоководных оазисов, в том числе у рыб активность большинства ферментов высока. Обмен веществ у них протекает значительно интенсивнее, чем принято среди глубоководных животных. Это лишний раз подтверждает, что не кромешный мрак, не холод и даже не высокое давление, а лишь бедность глубоководных районов пищевыми ресурсами служит единственной причиной низкого уровня обменных процессов и соответствующего склада жизни его обитателей.