Гигантские черви подводных вулканов

Если бы океаны и моря, занимающие более 70% поверхности нашей планеты, внезапно высохли, перед нами предстала бы величественная картина: огромные горные хребты, перемежающиеся долинами или узкими изрезанными впадинами глубиной в несколько километров. Дно этих ущелий покрыто вулканами, из которых изливается горячая лава, насыщенная сероводородом, метаном и расплавленными тяжелыми металлами – настоящая жидкая руда. Подводные вулканы, называемые черными курильщиками, возникают внезапно и живут недолго – годы или, самое большее, десятилетия. Затем вулкан затухает, а где-то неподалеку зарождается новый. Температура воды над свежими излияниями магмы составляет в среднем 388 ^оС, а в отдельных черных курильщиках достигает 400 ^оС. Вода вблизи вулканов почти пресная, очень кислая и насыщена сероводородом. Напор изливающейся лавы так силен, что скопления бактерий, окисляющих сероводород, поднимаются на десятки метров над дном, создавая впечатление подводной метели. «Каминные трубы» курильщиков растут на этой «жидкой руде» с фантастической быстротой, достигая в результате нескольких десятков метров.

Казалось бы, в таких условиях жизнь невозможна. Однако обнаруженные в 70-х гг. XX в. гидротермальные источники поразили ученых богатством жизни. Черные курильщики – воистину глубоководные оазисы, плотность и биомасса живых организмов в 1000–10 000 раз превосходит здесь то, что известно для таких глубин океана в других местах. Правда, гидротермальные оазисы существуют так же недолго, как и сам курильщик...

Ошеломляющее впечатление на исследователей произвели сделанные с помощью погружаемых аппаратов фотографии, запечатлевшие скопления белых трубок до 2,5 м длиной с торчащими из них ярко-красными султанами щупалец. Оказалось, что эти гигантские трубки заселены огромными, ранее не известными ученым червями, которых назвали вестиментиферами (Vestimentifera).

Строение этих червей настолько необычно, что их сразу выделили в отдельный класс в составе типа кольчатых червей. В 1985 г. американский ученый М.Джонс, подробно исследовавший строение девяти известных в то время видов вестиментифер, выделил их в отдельный тип, разделив его на 2 класса. В настоящее время большинство ученых относит вестиментифер к самостоятельному классу в типе погонофор (Pogonophora).

Во второй половине 80-х гг. к изучению необычных червей приступили российские исследователи. В настоящее время опубликована фундаментальная монография профессора Московского университета В.В. Малахова и научного сотрудника института океанологии РАН С.В. Галкина, посвященная строению, развитию, экологии и классификации этих животных.

Тело вестиментиферы заключено в трубку, которая одним концом прикрепляется к твердому субстрату. У самых крупных экземпляров вида Riftia pachyptila трубки достигают длины 2,5 м при толщине стенки до 3 мм. Во многих случаях трубки отдельных особей срастаются вместе, образуя разветвленные «деревья». Стенки трубок состоят из белка и хитина, а цвет их зависит от наличия солей тех или иных металлов в окружающей среде. Например, разнообразная (от беловатой до коричневой) окраска трубок у Ridgeia piscesae обусловлена наличием солей железа, никеля, титана, хрома, ванадия. Вестиментиферы – сидячие организмы, однако, оказавшись оторванными от субстрата, они способны растворить часть стенки трубки, выделить новое основание и закрепиться на новом месте.

Передний конец тела вестиментифер снабжен сложным щупальцевым аппаратом. Центральные щупальца богато снабжаются кровью, несущей дыхательный пигмент гемоглобин, и имеют ярко-красный цвет. Через них осуществляется газообмен. Периферические щупальца имеют более бледную розовую окраску, слабее снабжаются кровью и, вероятно, выполняют защитную функцию. Отдельные богато иннервированные щупальца играют роль органов чувств.

Одна из характерных особенностей вестиментифер – тяж губчатой ткани, занимающий большую часть туловища. Эта ткань, названная трофосомой, служит вместилищем симбиотических бактерий, которые осуществляют синтез органических веществ за счет энергии окисления неорганических соединений. Такой процесс носит название хемосинтеза и, в отличие от фотосинтеза, не требует наличия света.

Бактерии – симбионты вестиментифер окисляют сульфиды, ядовитые для тканей многоклеточных животных. Вообще микроорганизмы, способные окислять соединения серы, широко распространены в гидротермальных биотопах в зонах вулканической активности не только в океане, но и на суше. В первом приближении окисление сероводорода протекает в следующей последовательности:
H₂S --> S --> SO^-2₃ --> SO^-2₄. Сульфит из серы или непосредственно из сероводорода получается с помощью фермента сульфидоксидазы, а дальнейшее окисление сульфита до сульфата может осуществляться по универсальному пути переноса электронов в цепи цитохромов с образованием АТФ, а также путем образования сульфата и молекулы АДФ, из которой в дальнейшем получается одна молекула АТФ. Получаемая энергия используется для фиксации углекислоты, аналогично тому, как это происходит при фотосинтезе.

Таким образом, для жизнедеятельности своих симбионтов и получения от них пищи вестиментиферы нуждаются в высоких концентрациях сероводорода. По своей экологии они являются характерными представителями хемобиоса – гетеротрофными организмами, ориентированными на использование органических веществ, полученных путем хемосинтеза. Но перейдя к питанию за счет хемоавтотрофных бактерий, вестиментиферы остались в целом аэробными организмами. В кислороде нуждаются и их основные симбионты. Однако одновременное наличие в среде восстановленных соединений и кислорода встречается в природе очень редко.

В настоящее время помимо гидротермальных выходов вестиментиферы найдены в зонах холодных высачиваний – преимущественно в районах подводных выходов метана и газогидратов и в местах, богатых разлагающейся органикой, – на трупах китов, где выделение сероводорода может продолжаться несколько десятилетий, а также на затонувшем судне, перевозившем бобы.

Часть видов вестиментифер поселяется в гидротермалях плотными колониями, свои трубки они прикрепляют к твердым породам не более чем в 1–1,5 м от жерла курильщика. Температурные градиенты вблизи выходов магмы исключительно высоки, а сама температура подвержена резким колебаниям. Есть данные, что в 1 м от жерла курильщика температура воды составляет всего 2 ^оС, но может повысится на 60^о при перемещении всего на 6–8 см.

Влияние температуры на распределение вестиментифер изучено недостаточно. Известна лишь высокая устойчивость этих животных к перепадам температур, достигающим 60 ^оС. Верхний предел «терпимости» к повышению температуры у вестиментифер составляет 30–40 ^оС, хотя известно, что Ridgeia piscesae выдерживает температуру и 60 ^оС.

Вестиментиферы – раздельнополые организмы. Их самки производят огромное количество мелких яиц, которые подхватываются придонными течениями и разносятся на сотни километров. Выходящие из них плавающие личинки ведут свободный образ жизни в течение трех недель, используя питательные вещества, накопленные в яйце. Ведь гидротермальные источники или богатые разлагающейся органикой биотопы расположены в океане на расстояниях в десятки и сотни километров друг от друга. И лишь единичные личинки из миллиардов могут случайно оказаться в подходящем месте и дать начало новой популяции.

Взрослые вестиментиферы, несмотря на свои гигантские размеры и защитные трубки, иногда становятся жертвами крупных крабов, которые обкусывают их щупальца. У подножия поселения вестиментифер скапливаются крабы-мусорщики, брюхоногие моллюски и различные рыбы, а на их трубках поселяются различные ракообразные, моллюски, многощетинковые черви и другие животные...