Книга: Мир океана. Море живет

Введение

Введение

Океан насыщен жизнью. Живые существа имеются в каждой капле морской воды от Северного полюса до берегов Антарктиды и от поверхности моря до дна самых глубоких желобов.

Многие морские организмы настолько малы, что не видны простым глазом — бактерии, простейшие одноклеточные животные и водоросли. Об их существовании мало кто догадывается. Другие обитатели моря, напротив, широко известны — морские рыбы, моллюски с красивыми раковинами, шустрые крабы, жгучие медузы. В океане живут и настоящие гиганты — самые крупные существа, населяющие нашу планету, — киты.

Наша книга посвящена жизни в океане. Здесь пойдет речь о всех тех, кто родился и вырос в соленой морской воде или же проводит в ней значительную часть своей жизни.

Очень трудно представить себе, что океан когда-то был безжизненным. Большинство ученых считает, что примерно 3,5 миллиарда лет назад на Земле установились условия для возникновения жизни. Вокруг была лишь неживая природа: вода, камень, песок — нигде ни зеленого листка, ни одного, даже самого примитивного, животного. Атмосфера над планетой — без кислорода. И в то же время по суше текли реки, по небу плыли облака, шли дожди, гремели грозы.

Сейчас чрезвычайно трудно во всех деталях представить себе процесс возникновения жизни. Совершенно очевидно, что чем моложе была наша планета, тем более примитивные организмы ее населяли. Об этом неоспоримо свидетельствуют ископаемые останки живых существ: их раковины, скелеты, отпечатки мягких частей тела. Специалисты-палеонтологи научились определять время, отделяющее нас от того периода, когда вымершие организмы еще были живы. Самые поздние останки находят ближе к поверхности грунта, самые древние — в его глубине.

Но обнаружение следов былой жизни возможно лишь до известного предела, глубже которого нет никаких органических остатков. Соответствует ли эта граница моменту возникновения жизни? Вряд ли. Дело в том, что самые первые живые существа были крайне примитивны и имели микроскопически малые размеры. От них в древних слоях Земли не сохранилось никаких следов. Известно большое количество современных организмов: бактерий, некоторых одноклеточных простейших животных и растений, лишенных скелета. Вполне вероятно, что подобные им существа населяли нашу планету на заре жизни. Им, в свою очередь, предшествовали еще более примитивные, близкие по организации к современным вирусам. Неизвестно, как долго длился этот период в истории нашей планеты, период, когда ее населяли только ультрамикроскопические обитатели, находящиеся на грани между живыми и неживыми.

В сложной научной проблеме возникновения жизни объяснение путей преодоления этой грани — очень важный раздел. Его решает не палеонтология, а биохимия. Благодаря успехам этой науки стало возможным из неорганического сырья создавать, или, как говорят сами биохимики, синтезировать, белок, то есть самое сложное вещество, из которого построены организмы.

Теперь уже известно, при каких условиях неживое может стать живым. Но вся проблема происхождения жизни этим не решается, так как первые организмы не могли возникнуть непосредственно из воды, камней и ила, их появлению предшествовал не менее длительный период добиологической эволюции.

Существует несколько предположений о том, как неорганические соединения, постепенно усложняясь, превращались в органические и наконец достигли того предела, когда вещество стало существом. Но все специалисты сходятся в одном: жизнь зародилась в океане. Это не традиционное и не скороспелое мнение, оно основано на точных экспериментах и на самых передовых направлениях теории.

Первым его высказал в 1893 году немецкий естествоиспытатель Г. Бунге, обративший внимание на удивительное сходство между кровью и морской водой по составу растворенных в них солей. Позднее теория океанического происхождения минерального состава крови была детально разработана английским физиологом Мак-Келлюмом, который для доказательства этого предположения проделал многочисленные анализы крови различных беспозвоночных и позвоночных животных.

Более того, не только кровь, но вся внутренняя среда нашего организма носит следы морского происхождения жизни. Предельно четко и убедительно об этом сказал известный советский ученый член-корреспондент Академии медицинских наук А. Гинецинский: «Жизнь несомненно возникла в воде. Столь же несомненно, что первые живые существа появились не в пресной воде, а в растворе солей натрия, калия, кальция и магния. Иначе нельзя объяснить тот факт, что клетки всех животных, от самых простых до самых сложных, какова бы ни были среда их обитания, содержат в себе эти ионы и погибают, когда они отсутствуют. В настоящее время никто не сомневается в том, что жизнь возникла в воде океана».

Если биохимики способны в условиях опыта синтезировать сложные органические соединения, то нет ничего удивительного в том, что при соответствующих условиях подобные вещества могли возникнуть и в природе. Предпосылок для этого было вполне достаточно.

В воде океана находились в растворенном состоянии неорганические соли, которые могли свободно взаимодействовать между собой. Энергия для химических реакций поступала от грозовых разрядов, а также в результате воздействия коротких ультрафиолетовых лучей. В настоящее время эти лучи не достигают поверхности Земли, их задерживает слой озона (изомера кислорода), но до появления жизни земная атмосфера была бескислородной.

Вначале из воды и минеральных солей образовались простые органические соединения. В современном океане такие вещества немедленно поглощаются или разлагаются живыми организмами, но древний океан был еще лишен жизни, и существованию органических соединений ничто не угрожало. Они даже не подвергались опасности окисления, так как свободный кислород не был растворен в морской воде той отдаленной эпохи.

В процессе усложнения органических соединений наступил момент, когда их дальнейшая судьба стала подчиняться закону естественного отбора. В этот период в океанской воде содержались вещества столь сложные, что по многим свойствам они не отличались от тех, которые входят в состав тела живых существ. Из огромного набора органических соединений преимущество стали получать такие, молекулы которых обладали свойством удваиваться за счет извлечения подходящего материала из окружающей среды.

От этих сложных молекул до простейших организмов остался один шаг. Теория происхождения жизни, не умозрительная предположительная гипотеза, а именно научно обоснованная теория, каждое звено которой подкреплено фактическими данными космогонии, астрономии, исторической геологии, минералогии, энергетики, физики, химии, в том числе биологической химии, и многих других наук, разработана лишь в последние десятилетия. Наибольший вклад в эту теорию внес советский ученый академик А. Опарин, к трудам которого и следует обращаться всем, кто интересуется проблемой возникновения жизни. Здесь же наиболее важно окончательно убедиться в том, что колыбелью жизни на нашей планете был океан.

Первые организмы питались за счет органических веществ, содержавшихся в океане. Но этот источник пищи не был неисчерпаемым. Быстро размножившиеся древнейшие существа оказались на грани голодной смерти. Сохранить жизнь могли лишь те, кто обладал способностью строить свое тело непосредственно из неорганических соединений. Вода, углекислота, а также соли азота и фосфора служили главным исходным материалом, энергию для химических реакций давал свет солнца. Этот сложнейший процесс, который происходит в некоторых организмах и приводит к образованию органических соединений, получил название фотосинтеза. Как побочный продукт при фотосинтезе образуется свободный кислород, который тут же растворяется в воде или улетучивается в атмосферу.

Вся предшествующая история развития органической жизни на нашей планете происходила в бескислородной (анаэробной) среде. К ней очень хорошо приспособились первые обитатели моря. Поэтому появление в воде кислорода, приводившее к быстрому окислению органики, было для них равносильно катастрофическому загрязнению среды. Процесс обогащения морской воды кислородом привел к гибели анаэробных организмов; на смену им пришли те, которые сумели перестроить свою физиологию и приспособиться к новым условиям. Времени для этого было достаточно, и прошло много миллионов лет, прежде чем количество свободного кислорода достигло современного уровня.

Кислород, растворенный в морской воде, хотя и стал причиной гибели анаэробных организмов, но дал новый и весьма ощутимый толчок прогрессивной эволюции органического мира. На первом этапе жизни в аэробной (кислородной) среде в соответствии со способом питания произошло разделение организмов на аутотрофов и гетеротрофов. Аутотрофам для существования достаточно наличия воды, двуокиси углерода, неорганических солей и источника энергии. Гетеротрофы же не способны к синтезу органических веществ, и потому они питаются за счет аутотрофов, других гетеротрофов или же их разлагающихся остатков.

Первые аутотрофы стали предками современных растений, а также тех бактерий, которые используют для синтеза энергию, образующуюся в результате окисления неорганических соединений (таковы азотобактерии, железобактерии). В результате эволюции древнейших гетеротрофов возникли все животные, грибы и большинство бактерий. Все огромное разнообразие форм современной органической жизни относится к миру аэробов. В бескислородной среде теперь могут жить лишь некоторые бактерии да паразитические организмы.

Жизнь, зародившись в океане, в течение многих десятков миллионов лет не покидала своей колыбели. За это время в процессе эволюции морские растения и животные достигли довольно высокой степени сложности.

Сначала на сушу «выбрались» зеленые растения. Такая очередность совершенно понятна. Условия освещенности в воде значительно хуже, чем в воздушной среде, а растения для успешного фотосинтеза нуждаются в обилии солнечного света. Можно представить себе два основных пути, по которым зеленые растения проникали из моря на сушу. Один путь им открывали реки. Через речные устья, еще не покидая водную среду, растения постепенно поднялись до заболоченных участков. Другой путь связан с завоеванием растениями береговой полосы. На земле они обрели все необходимые условия для успешного развития и потому большинство групп высших растений (мхи, плавуны, лишайники, хвощи, папоротники, голосемянные и цветковые), а также часть низших (например, грибы и лишайники) — это типичные наземные организмы. В море живут только низшие, наиболее древние представители растений — бактерии и различные группы водорослей.

Современная наземная растительность совершенно потеряла связь с морем. Более того, морская вода для большинства из них губительна. Но все же имеются и исключения. Несколько видов самых высокоразвитых (цветковых) растений снова вернулись в океан. Это морские травы зостера и талассия, а также кусты и деревья мангров. О них будет еще сказано в дальнейшем, а теперь обратимся к заселению суши.

Как уже говорилось, первыми стали покидать море зеленые растения. До тех пор, пока это не произошло, у морских животных не было биологического стимула выходить на сушу: питаться там было нечем, а в свете они не особенно нуждались. После того, как земля покрылась растительностью, обстановка резко изменилась. Очевидно, первые наземные животные были растительноядными, но вслед за ними появились и хищники.

Эволюционное развитие животных (в отличие от растений) успешно проходило в водной среде. Многие простейшие, большинство губок, почти все кишечнополостные (медузы, кораллы и др.), множество плоских, круглых и кольчатых червей, моллюсков, ракообразных, иглокожие (морские ежи, морские звезды и др.), низшие хордовые животные (асцидии, сальпы), многие рыбы, а также целый ряд других менее известных групп животных — типичные обитатели океана. Таким образом, представители животного царства достигли в море высокой степени совершенства.

У примитивных древнейших животных, так же как и у современных кишечнополостных (медуз, актиний и др.), морская вода одновременно служила и внешней и внутренней средой организма, пронизывая его насквозь. В этих условиях все клетки первых животных приспособились к соленой воде, содержащей комплекс растворенных неорганических солей. Из поколения в поколение приспособленность к определенным пропорциям солей во внутренней среде укреплялась и стала абсолютно необходимой для жизни. Даже после того, как у животных появились плотные кожные покровы, раковины и другие образования, отграничивающие тело от внешней среды и защищающие его от различных вредных воздействий, все их внутренние ткани продолжали омываться кровью, близкой по составу солей к морской воде. Выйдя на сушу, животные сохранили в своей крови и вообще в своей внутренней среде соль океана.

Первые наземные позвоночные животные появились около 350 миллионов лет назад. Именно этот срок отделяет человека от его предков, обитавших в палеозойском море. Но в память об этом времени мы до сих пор «носим море внутри себя»…

Наша книга посвящена жизни в океане. В ней будет рассказано о различных морских растениях и животных, а их насчитывается около четверти миллиона видов. Чтобы легче можно было ориентироваться в систематическом положении основных групп организмов, существует обобщенная схема, которая имеет вид классического «древа жизни». Более примитивные и самые древние растения и животные помещаются в основании «древа». Вершину схемы занимают наиболее совершенные и соответственно самые молодые группы. О степени родства между ними в какой-то мере можно судить по расположению символических изображений растений и животных.

Как видите, «древо жизни» своими корнями глубоко уходит в океан. Этим подчеркивается роль морской среды в развитии органического мира. Лишь концевые ветви «древа» соответствуют жизни на суше, в воздушной среде. Однако несколько таких веточек снова склонились к океану.

Более подробные сведения о систематическом положении, строении и биологии многих из упомянутых организмов читатель найдет в книгах редакции научно-популярной и научно-фантастической литературы «Мир животных» и «Мир растений». Здесь же речь пойдет о жизни целых сообществ, или биоценозов, морских растений и животных, то есть об их экологии.

Все организмы одного биоценоза тесно взаимосвязаны, они зависят друг от друга и от окружающей среды. Условия, которые океан предоставляет своим обитателям, настолько разнообразны, что в нем можно обнаружить огромное множество биоценозов.

Сначала мы познакомимся с прибрежными сообществами, с жизнью на мелководье — среди скал и камней, на широких песчаных и илистых пляжах, в зарослях мангровой растительности вблизи устьев тропических рек, на многокрасочном коралловом рифе, в холоде припайных льдов Заполярья.

Далее наш путь лежит в открытое море. Туда, где ходят под парусами целые флотилии жгучих «португальских корабликов», где резвятся дельфины и без компаса находят в океане дорогу морские черепахи.

А затем мы спустимся под воду и увидим микроскопически маленькие одноклеточные водоросли, тучи крошечных рачков, стаи рыб и кальмаров, целый комплекс организмов, обитающих в приповерхностных слоях воды.

Закончим мы знакомство с органическим миром океана на дне глубочайших желобов с их таинственными обитателями, жителями бездны. И повсюду, от полярных морей и до южных, от поверхности до предельных глубин, найдем жизнь. Океан живет.