В погоне за Солнцем (другой перевод)
Шрифт:
Легенда гласит, что Александр Великий велел спустить себя в Средиземное море. Его поместили в стеклянную кабину, а ее дверцы для надежности укрепили цепями. Царь-естествоиспытатель обнаружил в море такую большую рыбу, что проплыть вдоль нее заняло бы три дня и три ночи. “Никто из людей до меня не видел и никто из людей после меня не увидит тех гор, морей, тьмы и света, которые видел я” – такие слова приписывают царю [543] .
Эта тьма покрывает множество неведомых миров. Даже сегодня 95 % земных океанов остаются неисследованными [544] , океанографы любят напоминать, что мы больше знаем о поверхности Луны, чем о морском дне. Нам, однако, известно, что дно любого океана исполосовано вулканическими впадинами – около 40 тыс. миль горных цепей, изрыгающих углекислый газ и гигантские столбы кипятка. Океанограф Брюс Хизен назвал их “ранами, которые никогда не затягиваются [545] ”. Через эти трещины и изломы изливаются огромные объемы воды с температурой до 400 °C – почти в четыре раза выше, чем точка кипения воды при обычном давлении. Внизу ей мешают превратиться в пар километры океанской воды, которые давят сверху. Вода нагружена неорганическими соединениями самых разных видов – сульфатами, нитратами и фосфатами, а также производными углекислого газа и метана – и густо усеивает дно гигантскими объемами нерастворимых солей, которые уже никогда не поднимутся на поверхность. Единственное исключение – вентиляционные отверстия, которые называют “черными курильщиками”, неистовые раскаленные химические реакторы, которые выпаривают из земной
543
E. A. Wallis Budge, tr. of Pseudo-Callisthenes, 1933; см.: Hamilton-Paterson, Great Deep. Р. 167.
544
См.: David Grann, The Squid Hunter, The New Yorker. 2004. 24 мая. Р. 56–71.
545
W. J. Broad, Deep Under the Sea, Boiling Founts of Life Itself, The New York Times. 2003. 9 сентября. F1–4.
546
John Maddox, What Remains to Be Discovered. N. Y.: Free Press, 1998. Р. 150. 16 января 2006 года японский аппарат Chikyu начал бурить в морском дне в 125 милях от Нагойи (на юго-восток от Токио) скважину глубиной в 4,3 мили, это в три раза глубже показателей, что достигались прежде. Добытый материал сможет пролить свет на вопрос об энергии, давшей толчок жизни на Земле, – была ли она солнечной или геотермальной. Также может стать понятнее, почему периодически блуждают магнитные полюсы планеты.
Некоторые бактерии умудряются существовать даже в этих невероятно горячих местах, используя железо для дыхания, как мы используем кислород, перерабатывая его в черный минерал с магнитными свойствами – магнетит. Вокруг отверстий было обнаружено более сотни разных видов существ, зависящих от этих бактерий, и не только микробов, а, например, и голотурий – морских огурцов, – и 2,5-метровых иглокожих мешков, гнездящихся плотными пучками, с кроваво-красными головами, подобными розовым бутонам, и креветок с моллюсками шириной с ногу взрослого человека, и пятнадцатисантиметровых мидий, и копошащихся фарфорово-белых крабов – все используют энергию, которую добывают из окисления железистых солей, а также из серы, сероводорода и молекулярного водорода. Железобактерии кормят собой моллюсков и креветок, которых в свою очередь поедают крабы и зловещего вида полутораметровые осьминоги с беловато-серым капюшоном. Почти все эти существа были ранее неизвестны науке и не могут проживать ни в каком другом месте. Эту часть нашего мира назвали “темной биосферой”.
Как все это связано с Солнцем? Данные создания и их среда обитания уникальны – они образуют единственную на Земле экосистему, функционирующую благодаря хемосинтезу и существующую не за счет изливающегося сверху солнечного потока, а за счет геохимических выбросов [547] . Но даже в данном случае фотосинтез играет заметную роль, поскольку колоссальные запасы окислителей, которые используют эти существа, происходят из экосистем на поверхности океана, а они основаны на солнечной энергии. Даже серные бактерии могут жить только в тех местах, где доступен кислород, у которого они заимствуют электроны и скрытую энергию, нужную им для окисления сероводорода. Если бы Солнце исчезло, большинство этих глубоководных общин протянули бы не сильно дольше прочих (хотя очень ограниченное число созданий странным образом продолжили бы существование при поддержке света от раскаленной лавы в самих разломах) [548] . Так что косвенным образом Солнце поддерживает жизнь даже здесь.
547
См.: See Julie A. Huber, David A. Butterfield, John A. Baross, FEMS Microbiology Ecology. Vol. 43. 2003. Р. 393–409.
548
См.: Kunzig, Mapping the Deep. Р. 53. В книге The Ecological Theater and the Evolutionary Play. New Haven: Yale University Press, 1965 знаменитый эколог из Йеля Джордж Э. Хатчинсон предположил, что организмы теоретически могут существовать на внутреннем тепле планеты вместо солнечного света, но у него не было гипотез того, как именно они могли бы это делать.
Компьютерная реконструкция гидротермального источника. В то время как почти все живое на Земле зависит от солнечной энергии, многие тысячи созданий, обитающих вокруг таких источников, выживают на органических веществах, вырабатываемых при хемосинтезе. Однако даже на таких глубинах некоторые все равно зависят от воздуха, выделяемого фотосинтезирующими организмами (David Batson / DeepSeaPhotography.com)
Существа, занимающиеся фотосинтезом на поверхности океана и выделяющие водород из воды, – сине-зеленые водоросли, цианобактерии, которые встречаются в любом влажном месте. “Появление сине-зеленых обозначило поворотную веху в историю жизни, – пишет Дэвид Аттенборо. – Кислород, который они производят, накапливался тысячелетиями, чтобы образовать ту богатую кислородом атмосферу, которую мы сегодня имеем” [549] . Эти фотосинтезирующие организмы состоят из одиночных клеток – фитопланктона (от греч. – растение, – блуждающий), которые достигают в длину 0,5-100 мкм и образуют тонкий слой вблизи поверхности воды: свет быстро поглощается в воде, и уже на глубине в 00 м нормальный фотосинтез невозможен (рекордная глубина, на которой была обнаружена обычная растительная жизнь, – это 216 м на Багамских островах, где куст красных водорослей цветет в исключительно прозрачной воде). Но этот тонкий слой чрезвычайно богат фотосинтезирующими агентами, и вся животная жизнь моря, от медуз до китов и даже до обитателей придонных горячих источников, зависит от этих клеток. В конце зимы хлорофилл (молекула, с помощью которой растения поглощают свет) окрашивает Северную Атлантику в зеленый цвет. Все виды фитопланктона не поддаются исчислению, но эти морские растения (вместе с лесами на суше) потребляют из атмосферы половину оксида углерода, который мы туда выбрасываем, и делают возможной жизнь не только на суше, но и на огромной глубине.
549
David Attenborough, Discovering Life on Earth. Boston: Little Brown, 1981. Р. 22.
Океаны можно разделить на два основных царства – более мелкие моря, омывающие континенты, и глубокие океанические воды. Первые, ограниченные областями континентального шельфа, которые напоминают полузатопленные плечи континентов, являются пристанищем подавляющего большинства морских обитателей. На глубине от 100 до 200 м шельф резко переходит в отвесные уступы, спускающиеся к так называемым абиссальным равнинам. Эти равнины в свою очередь разрезают V– образные впадины, которые могут соперничать с Большим каньоном. В дне океана образовались колоссальные впадины, в ряде случаев достигающие глубины около 11 км и выпятившие Срединно-Океанический хребет, главную горную цепь на планете, которая тянется неразрывной линией от Арктики через Атлантику в Антарктический, Индийский и Тихий океаны общей длиной более 60 тыс. км. Самая глубокая на сегодняшний день пропасть была измерена в 1962 году и находится в Марианской впадине (около Филиппинских островов) – глубина там достигает 11,5 км, туда может целиком поместиться Эверест и еще останется несколько километров. Около 86 % мировой океанской воды расположено ниже девятисотметровой отметки [550] .
550
См.: Peter Whitehead, How Fishes Live. London: Phaidon, 1975. Р. 111–12.
В 1951 году биолог Рэйчел Карсон (через одиннадцать лет она опубликует знаменитую работу об угрозах для окружающей среды “Безмолвная весна”) выпустила книгу The Sea Around Us (“Море вокруг нас”). Она начинает поэтично, хотя и с большой точностью:
Там нет чередования света и тьмы. Скорее, это бесконечная ночь, такая же старая, как сам океан…
Если вывести из рассмотрения мелководье континентальных шельфов, разбросанные отмели и банки, где хотя бы бледный отсвет солнечного света скользит по дну, все равно половина Земли остается под слоем километров не пропускающей света воды, которая хранит свою темноту с самого сотворения мира [551] .
551
Rachel Carson, The Sunless Sea, в Great Essays in Science, ed. Martin Gardner. N. Y.: Prometheus, 1994. Р. 287–304.
По мере проникновения в океанскую толщу свет отфильтровывается слой за слоем, одна длина волны за другой, начиная с ультрафиолетовых и инфракрасных лучей, которые поглощаются первым метром воды [552] . В ночном небе огни самолета видно за много километров, но те же огни под водой неразличимы уже за 200 м [553] . Ниже первой сотни метров – предел эфотической (хорошо освещенной) зоны, волны красной части спектра уже полностью поглощаются, с ними исчезает вся желтая и оранжевая теплота солнечного света. К 150 м остается около 1 % от солнечного освещения. Еще глубже исчезает зеленый цвет, хотя в кристально чистой воде сине-зеленое освещение может достигать глубины почти в километр. На 300 м остается только очень тусклый синий. Гамильтон-Патерсон спускался в водолазном колоколе на глубину 1517 м, на отметке в 200 м он записал: “Удивительно, но какой-то свет еще есть… Интенсивное пронизывающее фиолетовое освещение… Никогда не видел света с такими свойствами. Его не встретить на поверхности Земли и, возможно, не воспроизвести искусственно” [554] .
552
См.: Hamilton-Paterson, The Great Deep. Р. 112–13.
553
См.: Peter Herring, The Biology of the Deep Ocean. Oxford: Oxford University Press, 2002. Гл. 8. Seeing in the Dark.
554
Hamilton-Paterson, The Great Deep. Р. 203.
По мере угасания солнечного света темноту заполняют мириады новых созданий, населяющих зоны от полумрака до донного мрака. В 1818 году сэр Джон Росс, исследуя северные моря, вычерпал и поднял на поверхность с 1800 м грязь, в которой встречались черви, “доказав этим, что на дне океана присутствует животная жизнь”. В 1860 году исследовательский корабль “Бульдог” обнаружил признаки жизни далеко за пределами, доступными солнцу: креветки, светящиеся анчоусы, кальмары и щетинкочелюстные. Карсон рассказывает о пресловутой экспедиции корвета “Челленджер”, первого судна, оборудованного для океанографических исследований, который отправился из Англии в 1872 году, хотя и не особенно вдается в детали. В 2006 году Дэвид Грэнн, автор журнала New Yorker, в погоне за гигантским кальмаром повторил путешествие “Челленджера”. Тот корабль странствовал по морям три с половиной года, траля океанское дно по зигзагообразной траектории, пройдя 110 тыс. км со скоростью два узла – эквивалент медленной пешей прогулки. Работа была рутинной и тяжелой – два члена команды сошли с ума, еще один совершил самоубийство, – но к концу путешествия исследователи собрали 13 тыс. различных видов животных и растений. На обработку трофеев ушло еще девятнадцать лет – было обнаружено 4700 новых видов животных, 2 тыс. из них обитали на глубине, превышающей 250 м, – примерно 1/10от известного (даже сейчас) числа видов рыб. Стало очевидно, что пространство между волнующейся поверхностью и спокойным ложем океана переполнено многочисленными и, возможно, самыми удивительными биологическими сообществами, а их разнообразие может бросить вызов даже тропическим джунглям [555] .
555
В ноябре 2009 года ученые сообщили, что число известных видов, обитающих в океане, составляет 17 650 наименований. 5722 вида живут ниже границы “черной пропасти” в 1000 м, включая червей оседаксов, морских огурцов, рифтий, глубоководных осьминогов и краба йети (Kiwa hirsuta), который живет вблизи гипотермальных источников на глубине около 2000 м (Charles Q. Choi, Thousands of Strange Sea Creatures Discovered, LiveScience.com. 2009. 22 ноября. www.livescience.com/ animals/091122-deep-sea-creatures.html).
Мировой океан насчитывает 1,33 млрд куб. км воды, а площадь его дна составляет около 360 млн кв. км – 7/10 поверхности планеты. Океанские глубины населены сравнительно недавно, поскольку они предоставляют невыносимые условия для обитания: нелегко приспособиться к крайнему холоду в сочетании с сокрушающим давлением [556] . Для незащищенного человеческого тела 180 м – абсолютный предел. Костюмы для погружения с давлением в одну атмосферу позволяют человеку опуститься на глубину до 750 м. Но у прозрачных глубинных созданий внутритканевое давление такое же, как и наружное, поэтому глубина не представляет проблем. Остается загадкой, как выдерживают давление кашалоты – оно достигает 1,6 тонн на квадратный дюйм на глубине около 2 км. Концентрация кислорода на больших глубинах составляет 1/30 от концентрации в поверхностных слоях, но и внутри зоны, бедной кислородом, находятся категории живых существ, приспобленных к этим условиям.
556
См.: M. F. Moody, J. R. Parris, Discrimination of Polarized Light by Octopus, Nature 186. 839–40. 1960 и Nadav Shashar, Phillip S. Rutledge, Thomas W. Cronin, Polarization Vision in Cuttlefish – A Concealed Communication Channel? Journal of Experimental Biology 1996. 199. 2077–84.
Глубоководная рыба-удильщик светит сама себе. В поисках пищи на глубине 1000–1500 м удильщик приманивает свою добычу при помощи биолюминесцентного свечения на конце длинной удочки, а затем хватает любопытствующих своими впечатляющими зубами (David Batson / DeepSeaPhotography. com)
Тьма может показаться еще одним препятствием для жизни, но глубоководные создания и тут выкрутились. На 500 м глубины невооруженный человеческий глаз может различить только грубые очертания силуэта, в то время как рыба видит все до мельчайших деталей. Такая чувствительность может помогать животным отслеживать уровень глубины, ведь изменение освещенности управляет утренними и вечерними перемещениями различных рыб и криля. Даже безглазые существа способны ощущать солнце: молекулы воды поляризуют солнечный свет, что помогает многим существам в их охоте, поскольку ткани их жертв поглощают или отражают падающий на них свет. Кальмар выработал особые клетки в коже и тоже использует поляризованный свет (человеческий глаз воспримет его как неразличимый черный), чтобы регулировать свои вертикальные миграции и обмениваться сигналами с другими особями своего вида [557] .
557
См.: Bruce Robison, Life in the Ocean’s Midwaters, Scientific American. 1995. Июль. Р. 60.