Вы здесь

Жизнь океанских глубин

Жизнь океанских глубин
Вершиной вниз

Источником жизни в океане, так же как и в других регионах Земли, является солнечная энергия. Различные районы океана получают ее в разных количествах. Если в тропиках в ясный солнечный день каждому квадратному сантиметру поверхности океана достается свыше 300 калорий (около половины энергии падает на видимый свет), то в полярных областях планеты в самое благоприятное время года величина доступной энергии в 2–3 раза меньше. Только 0,02 процента этой энергии используется для нужд фотосинтеза. Чтобы ее собрать, достаточно, чтобы 1 квадратный сантиметр поверхности получил в течение дня 0,06 калории. Однако зимой в полярных областях океана фотосинтез полностью прекращается. Фотохимические реакции не идут, если интенсивность светового потока падает ниже 0,18 калории на квадратный сантиметр в час.

Главная часть работы по синтезу органических веществ возложена в океане на мелкие и мельчайшие водоросли размером от 0,001 до 1,0 миллиметра. Большинство одноклеточных водорослей относится к диатомеям и перидинеям. Их в океане свыше 1400 видов. Несмотря на крохотные размеры, они в течение года синтезируют 500 миллиардов тонн органического вещества. Продовольственное снабжение не случайно возложено на плечи таких крошек. Для поддержания высокого уровня фотосинтеза необходимо большое количество солнечной энергии, а для ее сбора большие светоприемники.

Наземные растения улавливают солнечные лучи с помощью листьев, представляющих собою тонкие пластины. Водоросли океана пошли путем миниатюризации. Чем меньше организм, тем больших величин достигает у него соотношение площади тела к объему. Для утилизации солнечных лучей оптимальными являются микроскопические размеры тела одноклеточных водорослей и их равномерное распределение в поверхностных слоях воды.

Некоторое количество органического вещества создают бактерии, живущие в верхних слоях океана и в донных осадках. Синтетические процессы в их теле протекают без участия солнечной энергии. Пока не удалось определить, какое количество органики они создают. Однако объем производимой ими продукции не идет ни в какое сравнение с продуктивностью водорослей.

Первичная продукция океана — 500 миллиардов тонн органики — это основание пищевой пирамиды океана. Водорослями питается большинство мелких растительноядных организмов. Общая биомасса «травоядных» организмов, то есть вторичная продукция океана, в 10 раз меньше первичной. Мелкими «травоядными» животными питаются в основном мелкие хищники, их, в свою очередь, поедают хищники второго порядка, а тех — хищники третьего порядка. Тут же по «склонам» пищевой пирамиды шастают редуценты, подхватывающие мертвое органическое вещество и минерализующие его, разрушающие до простых неорганических соединений. Гибель подданных Посейдона происходит на всех пищевых уровнях, ведь жизненный цикл некоторых малявок исчисляется часами!

На вершине пищевой пирамиды находятся крупные рыбы, моллюски, раки и млекопитающие, в том числе киты. Для каждого из них число звеньев в пищевой цепочке может оказаться чуть меньше или чуть больше. Усатые киты питаются мелкими массовыми видами хищных организмов, а кашалоты и касатки поедают крупных хищников. На каждой ступени пищевой пирамиды органического вещества создается все меньше и меньше. Ведь путь преобразования энергии идет с громадными потерями.

Они начинаются уже в организме одноклеточных водорослей. Часть синтезированного органического вещества они тратят на собственные нужды в процессе обычного обмена веществ. На каждой последующей ступени пирамиды «накладные расходы» растут. Энергия расходуется на обычный обмен веществ, на поддержание нейтральной плавучести, очень много тратится на обеспечение двигательной активности, часть энергии преобразуется в тепло и рассеивается в окружающей среде… В целом пищевая пирамида океана выглядит низким приземистым сооружением, основание которого покоится у поверхности, а вершина направлена вниз.

Жизнь впроголодь

Легко ли жить в морской пучине? Там чудовищное гидростатическое давление, постоянно низкая температура, царит кромешный мрак, лишь изредка нарушаемый слабым светом, излучаемым здешними обитателями. Нет заметных течений, химический состав воды постоянен, и, что не менее важно, невозможен первичный синтез органических веществ.

Чем больше удален «дом» подданных Посейдона от зон образования первичного органического вещества, тем скуднее там пищевые ресурсы. Если исключить океанское дно и ближайшее к нему пространство, придется констатировать, что глубоководные обитатели, за исключением, пожалуй, самых крохотных, лишены удовольствия обедать ежедневно. На больших глубинах нет места, где пища находилась бы в изобилии. В толще воды скудные количества пищи распределены достаточно равномерно, поэтому спокойное ожидание, когда обед сам попадет тебе в рот, не менее результативно, чем «беготня» в поисках хлеба насущного. Энергичный поиск добычи здесь не оправдан, так как повышенная двигательная активность поглощает в 100 раз больше «топлива», чем его расходуется при полном покое.

Энергозатраты, связанные с повышенной двигательной активностью, в океанической бездне не компенсируются добытой пищей. Строжайший режим экономии, определяющий уклад жизни здешних обитателей, заставляет их не делать лишних движений. В глубинах океана почти полностью отсутствуют активные хищники. Здесь живут засадники, умеющие затаиваться и нападать из засады. Полный мрак и отсутствие течений, способных разнести «запах» затаившегося охотника, создают вполне благоприятные условия для подобной практики. Это не означает, что обитатели глубин сохраняют полную неподвижность и прикованы к раз выбранной точке пространства. Если бы они совсем не перемещались, то были бы лишены удовольствия встречаться.

Крайне экономная жизнь обитателей глубин заставляет поддерживать низкий уровень обменных процессов. Ферменты, использующиеся в их организме, обладают незначительной эффективностью и не способны обеспечить интенсивный обмен веществ. Согласитесь, удобное приспособление, не позволяющее обитателям бездны, в одночасье израсходовав все свои ресурсы, оказаться полным банкротом. Ферменты с низкой активностью не позволяют делать вылазки к поверхности океана.

У жителей верхнего этажа высок уровень обменных процессов. Например, концентрация гликолитического фермента — лактатдегидрогеназы в мышцах любителя мелководий — аляскинского шипощека в два раза меньше, чем у его ближайшего родственника — глубоководного шипощека. Но это цветочки! Нередко активность ферментов обитателей глубин в тысячу раз ниже, чем у мелководных. Такие «вялые» существа у поверхности оказались бы неконкурентоспособными. Вот следствие жизни впроголодь. У обитателей тех немногих мест океанской бездны, где жизнь бурлит и пищи вдоволь, активность ферментов поддерживается на высоком уровне.

Не так сильно страдают ферменты тех рыб, которые регулярно посещают и мелководные и глубоководные районы. Возможно, они охотятся в более поверхностных, а значит, и в более богатых пищей горизонтах, а на послеобеденный сон отправляются ближе ко дну, где встреча с опасным хищником менее вероятна. Это не значит, что для таких рыб одинаково подходят все глубины. Например, черный долгохвост предпочитает жить в диапазоне глубин от 200 до 2000 метров, а его ближайший родственник, долгохвост вооруженный, любит глубины от 2000 до 5000 метров. Активный образ жизни требует более эффективных ферментов, а способность облавливать более поверхностные области воды, видимо, дает возможность добывать достаточное количество пищи, чтобы поддерживать обмен веществ на более высоком уровне.

Режим экономии у глубоководных организмов проявляется буквально во всем. Ткани тела рыб водянисты, а скелеты облегчены. Это позволяет максимально приблизиться к нейтральной плавучести и почти не затрачивать энергии на то, чтобы оставаться на избранной глубине. Обычно мышцы рыб составляют 45–60 процентов веса их тел. Это соотношение характерно и для обитателей больших глубин. Зато содержание белков в их мышцах на 30–40 процентов меньше нормы. Значительно меньше белков и в других тканях.

Это еще один пример экономии. «Ремонт», обновление и поддержание в рабочем состоянии белковых структур требуют большого количества азотистых веществ и расхода значительной доли энергетических ресурсов. А то, что облегченные мышцы менее работоспособны, не страшно. Здешним обитателям не приходится бороться с сильными течениями, так что могучие мышцы не нужны. Только мозг глубоководных рыб ни по количеству белков, ни по активности ферментов, ни по уровню обменных процессов не уступает мозгу мелководных рыб. Причина расточительства понятна. Мозг — не тот орган, на котором стоит экономить.

Под прессом

Про обитателей глубин можно сказать, что они как бы попали под пресс чудовищной силы. Мы знаем, что они не превратились в крохотные комочки органического вещества лишь благодаря несжимаемости воды. Несмотря на гнет многокилометровой толщи, жизнь в океанской бездне не прекратилась, а это значит, что у тамошних обитателей идут ферментативные реакции и протекают различные биологические процессы, наконец, несмотря на давление, обитатели бездны должны двигаться. Согласитесь, возможность существования под прессом целого мира живых организмов удивляет.

До недавнего времени ученые не могли дать исчерпывающего ответа на вопрос, как под действием высокого давления изменяется ход биохимических процессов. Было известно лишь общее правило: если объем под воздействием изменившегося давления увеличивается, это приводит к замедлению темпа химических реакций. И наоборот, если при сохранении массы объем веществ уменьшается, скорость химических реакций возрастает. Нетрудно догадаться, что если изменение давления не отражается на объеме, скорость биохимических реакций остается прежней.

Казалось бы, описанные выше закономерности позволяют предсказать скорость биохимических процессов у обитателей бездны при любой глубине обитания. Увы, все значительно сложнее. Во внутриклеточных жидкостях большинство молекул органических веществ не просто перемешаны с молекулами воды, а заключены в водный «футляр» и как бы становятся центрами льдообразования. Молекулы воды укладываются на их поверхности в несколько слоев в строго упорядоченном виде. Оболочка не препятствует химическим реакциям, но при этом разрушается, а для молекул вновь образованных веществ создаются новые футляры, по форме и размеру точно им соответствующие.

При построении футляров молекулы воды очень точно «подгоняются» друг к другу и укладываются самым рациональным образом, а поэтому занимают несколько меньший объем, чем то же количество молекул, когда они «свалены в кучу». Поэтому создание большого числа «футляров» или их разрушение приводит к изменению объема внутриклеточных жидкостей и в конечном итоге к изменению объема клеток. Кроме того, в процессе обычного обмена образуются новые вещества, а они могут иметь несколько больший или, наоборот, несколько меньший объем, чем исходные продукты. Это еще одна причина для изменения объема клетки.

Страницы


В нашей электронной онлайн библиотеке вы можете бесплатно и без регистрации прочитать «Жизнь океанских глубин» автора Сергеев Борис на телефоне, андроиде, айфоне, айпаде. Сейчас вы находитесь в разделе „За столом“ на странице 1. Приятного чтения.