Н.Ю. ФЕОКТИСТОВА

Новости из «черных курильщиков»

Самец Kiwa hirsuta n. gen.: вид со спинной (А) и брюшной (В) сторон

Прошло 29 лет с того момента, когда ученый мир был просто потрясен открытием, сделанным франко-американской экспедицией. В 320 км к северо-востоку от Галапагосских островов на глубине в 2600 м были обнаружены удивительные для вечного мрака и холода, царящих на таких глубинах, «оазисы жизни», населенные множеством двухстворчатых моллюсков, креветок и удивительными червеобразными существами, похожими на длинные белые макаронины, – вестиментиферами. Сейчас подобные «райские сады» обнаружены во всех океанах на глубинах от 400 до 7000 м.

В океанических рифтовых долинах раскаленная до 1200 °С лава поднимается к поверхности и разогревает заполняющую трещину морскую воду до температуры 500–800 °С. Перегретая и ядовитая – насыщенная соединениями металлов и серы – вода фонтанирует, образуя специфические источники, которые получили название черные курильщики (из-за темной окраски воды), или гидротермы.

Вокруг гидротерм образуются весьма специфические сообщества организмов, которые из-за отсутствия солнечного света приспособились использовать химическую энергию.

Основными любителями ядовитых соединений серы оказались бактерии. Они, подобно зеленым растениям, являются автотрофами, но энергию для фиксации углерода (который в дальнейшем входит в состав органических соединений, которыми и питаются бактерии) получают не от солнца, а за счет окисления сероводорода и других соединений восстановленной серы. Именно такие, окисляющие сульфид, хемоавтотрофные бактерии составляют первое звено пищевой цепи в экосистемах гидротерм. Все остальные живые организмы в этих сообществах живут на их иждивении. Сами же хемосинтезирующие бактерии приспособились жить как на поверхности тел многоклеточных животных, так и, в некоторых случаях, внутри них. Совершенно уникальными в этом отношении существами оказались вестиментиферы. Строение этих организмов столь необычно, что ученые выделили их в самостоятельный класс в типе погонофор (Pogonophora). Мешковидное тело вестиментифер заключено в трубку, длина которой может достигать 3 м, а стенки состоят из белка и хитина. Задний конец трубки прикреплен к субстрату, а из переднего высовывается ярко-красный венец щупалец, выполняющих функцию жабр. Пищеварительной системы у вестиментифер нет, зато внутри их тела есть совершенно особый орган – трофосома (буквально – питающее тело). В трофосоме живет до 10 млн серных бактерий, которые способны к хемосинтезу. Симбиоз погонофор и бактерий совершенно удивителен. Погонофоры доставляют бактериям кислород, диоксид углерода и сероводород, а бактерии, в свою очередь, преобразуют все это в питательные вещества для организма погонофора.

Подобные удивительные примеры симбиоза с бактериями демонстрируют не только вестиментиферы, но и некоторые другие обитатели гидротерм. Например, у ряда обитающих здесь кольчатых червей бактерии живут на всей поверхности тела, а у двустворчатых моллюсков – на жабрах.

Всего сейчас известно около 500 видов животных, входящих в состав гидротермальных сообществ, но «черные курильщики» преподносят все новые и новые сюрпризы. Совсем недавно, а точнее 22 марта 2005 г., экспедицией, организованной Институтом морских биологических исследований (Калифорния) в 1500 км к югу от острова Пасхи на глубине 2228 м было обнаружено совершенно необыкновенное «волосатое» существо – то ли рак, то ли краб, то ли омар. Ученые назвали его Kiwa hirsuta и долго ломали голову над его систематической принадлежностью. В конце концов, создали для него отдельное семейство ракообразных, получившее название Kiwaidae.

Необычный рачок достигает в длину 15 см, он абсолютно слеп, а клешни покрыты длинными волнистыми прядями, очень напоминающими волосы. Однако это не волосы, а специфические выросты в которых содержатся бактериальные клетки. Исследователи выдвинули два предположения: бактерии, обитающие на конечностях членистоногого, нужны ему для питания или же они осуществляют детоксикацию воды, усваивая ядовитые вещества и тем способствуя выживанию рачка в районе гидротермы. Второе предположение кажется более близким к истине, т.к. наблюдения за поведением удивительных слепых и «волосатых» членистоногих показали, что они ярые хищники, очень агрессивно дерущиеся за кусочки живого корма.

Молекулярно-генетические исследования Kiwa hirsuta показали, что он является родственником морских крабов семейства Galatheidae (крабов-плавунцов), а также представителей семейств Chirostylidae и Porcellanidae.

Итак, список обитателей морских гидротерм обогатился еще одним новым семейством и, вероятно, не последним. Однако, встает закономерный вопрос: если существуют морские «черные курильщики», то почему не существовать аналогичным сообществам в пресных водах, например в древних озерах? Наиболее известными из существующих древних озер являются: Байкал, Каспийское море, Танганьика, Малави и другие озера Большой Африканской рифтовой зоны, Бива (Япония), Охрид (Македония, Албания), Хубсугул (Монголия), Титикака (Южная Америка).

Исследования с помощью глубоководных аппаратов показали, что – «райские сады» около гидротерм в пресных водоемах действительно существуют. Во всяком случае, в озере Байкал, в районе бухты Фролиха, на глубине более 400 м существует огромная поляна, покрытая белыми нитчатыми пленками из цианобактерий и нитчатых сульфатредуцирующих бактерий. Кроме них на поляне живут многочисленные корковые губки, черви, моллюски, ракообразные и рыбы. Причем многие из них достигают весьма солидных размеров, что в целом для глубоководной фауны Байкала нехарактерно.

Микрофотография бактериальных клеток в волосовидных выростах

Плотность жизни во фролихинской гидротерме Байкала очень высока, а состав этого сообщества очень напоминает малопрогретые метаново-сульфатные (встречаются и такие, а не только вулканические) гидротермы морей. Скорее всего, сообщества пресноводных гидротерм еще полны тайн, которые смогут открыть будущие поколения ученых.

Существует гипотеза, согласно которой жизнь на Земле зародилась вблизи горячих серных источников. Соединения серы и сейчас поставляют энергию для жизни многим видам бактерий, обитающим не только в гидротермальных сообществах, но и в других местах – в водоемах и в почве, где присутствует сероводород, в районе месторождений серы и т.п. Может быть, это дань далекому прошлому, когда «семена жизни» вызревали вблизи горячих серных источников.

По материалам:

• В мире науки, 1987, № 7, с. 72–79.

• Simbiosis, 2000, V. 28, p. 1–15.

• Наука из первых рук, 2004, № 1, с. 25–27.

• Zoosystema, 2005, Т. 27, № 4, с. 709-723.