Борис Сергеев - Жизнь океанских глубин

Запасы гликогена в организме человека невелики, но способны сыграть с нами злую шутку, когда мы решаем «сесть» на диету, чтобы сбросить излишний вес. В первые же дни нового пищевого режима, получая недостаточное количество энергетических веществ, организм тратит все имеющиеся запасы гликогена и, естественно, выводит из организма много воды, использованной для его складирования и ставшей теперь ненужной. Поэтому в первые же дни разгрузочного режима человек заметно теряет в весе. Однако радость быстрого успеха оказывается преждевременной. В ближайшие же дни оперативные запасы гликогена восстанавливаются. При этом не только прекращается дальнейшее падение веса, но он частично или даже полностью восстанавливается за счет удержания в организме все той же воды.

У людей, склонных к полноте, использование собственных жировых запасов затруднено и замедлено, а превращение 1 грамма жира в гликоген вместо уменьшения веса приводит к его увеличению на 9 грамм за счет воды! Поэтому новая волна падения веса начинается не сразу и будет менее крутой и впечатляющей, чем первая. Нередко человек, не привыкший ограничивать себя в пище и тяжело переносящий сокращение ее калорийности, успевает «убедиться», что предписанная ему диета не способна дать ожидаемого эффекта, и возвращается к прежней жизни.

Химическая энергия, запасаемая в виде гликогена, дает преимущества организмам, постоянно сталкивающимся с недостатком кислорода. Дельфины и кашалоты способны подолгу находиться под водой. Моллюски и живущие в раковинах ракообразные при малейшей опасности сжимают створки своего дома и дышат за счет мизерного запаса кислорода, растворенного в оставшейся в раковине воде. Эти животные, ведущие прикрепленный образ жизни, нередко поселяются у поверхности воды. Во время отлива, а он может продолжаться более 10 часов, им приходится сидеть с накрепко закрытыми дверями.

Переносить кислородное голодание помогают запасы гликогена. Он способен расщепляться без помощи кислорода, высвобождая при этом часть заключенной в нем химической энергии. Гликоген дает возможность некоторое время задерживать дыхание. Вот почему у морских животных, вынужденных много времени проводить под водой, его оперативные запасы значительны. Двухстворчатые моллюски, запасающие химическую энергию главным образом в виде гликогена, во время длительных пауз в поступлении кислорода существуют за счет анаэробного (бескислородного) способа высвобождения энергии и к концу отлива серьезно худеют, выводя из своего организма значительные количества воды, использованной при хранении этого углевода. Однако в короткие периоды прилива они возобновляют энергетические запасы, а заодно накапливают воду и быстро полнеют, восстанавливая свой первоначальный вес.

Академик Е. М. Крепс, много лет жизни посвятивший изучению эволюции физиологических функций и биохимических процессов, не уставал удивляться тому, что природа, найдя еще на ранних стадиях эволюции живых организмов удачное решение какой-нибудь проблемы, проносит затем свою находку через всю жизнь биосферы, используя ее у всех видов весьма не схожих между собою животных, появившихся на Земле много миллионов лет спустя после сделанного изобретения. Однако если изобретение, так долго служившее верой и правдой, вступает в противоречие с новыми условиями жизни, природа решительно от него отказывается и подыскивает новое решение, которое будет служить до тех пор, пока какие-то особые обстоятельства не заставят ее вернуться к старой проблеме. У природы огромное число патентов на весьма удачные изобретения, и, хотя она по своему характеру достаточно консервативна, когда нужда заставляет ее внести изменения в технологические процессы, которыми пользуются ее чада, она справляется с собственной инертностью и настойчиво ищет в своем патентном бюро что-нибудь подходящее на данный случай. А если поиски ни к чему не приведут, садится за кульман и приступает к работе над новым изобретением.

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.

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.