Загадки океана
Шрифт:
Ультрабиссальные области океана — это глубоководные желобы. Они еще мало исследованы. Занимают всего 0,5 % от площади Мирового океана. Но заслуживают самого большого внимания. Некоторые ученые считают их горячими точками планеты. В них — особая, неземная жизнь. Их трудно исследовать, поэтому на таких глубинах мало зондирований, всего несколько десятков. Неведомый мир ждет своих исследователей.
Первый экологический оазис был открыт американскими учеными в 1977 г. Они нашли его, опустившись на дно в подводном обитаемом аппарате «Алвин». Он назван так по имени главного конструктора Алвина Вайна. Предварительно была получена важная информация с помощью подводного необитаемого аппарата «Ангус». С помощью вспомогательного судна «Ангус» долго буксировался в воде над дном океана в районе исследований. С него во время буксировки автоматически производилась киносъемка поверхности дна. После проявления отснятой пленки на некоторых кадрах были замечены белые пятна, напоминающие раковины. Тогда-то и было решено опуститься туда на «Алвине». Результаты этого погружения превзошли самые смелые ожидания. Был открыт новый сказочный мир, процветающий во мраке.
Описанные события произошли в 1977 г. в Тихом океане на расстоянии 280 км к северо — востоку от Галапагосских островов. Здесь на глубинах 2500–2700 м находится рифт (трещина) между литосферными плитами Кокос на севере и Наска на юге. Этот рифт называется Галапагосским. Над ним происходило погружение «Алвина».
Не зря зовут Галапагосские острова зачарованными. Под тропическим солнцем на них живут рядом пингвины, тюлени и морские львы. И еще такие животные, которых нигде больше нет. Взять хотя бы крупных морских ящериц — игуан, в больших количествах встречающихся на прибрежных откосах. Черные и блестящие, как антрацит, со страшными мордами, они показались открывателю островов епископу Де — Берланге исчадиями ада. На самом же деле игуаны — безобидные создания, питающиеся водорослями… Есть что-то общее между необычностью Галапагосских островов и открытиями на дне океана вблизи них.
На рисунке на с. 45 видны многочисленные раковины гигантских двустворок и крупная розовая рыба неизвестного вида, а также белый краб. А дальше — красивые большие стебли, слегка напоминающие флагштоки. Их высота достигает нескольких метров. В них живут громадные черви — вестиментиферы, которых оценили пилоты подводных обитаемых аппаратов. Дело в том, что эти черви живут при температуре не выше 40 °C. Если они на дне есть, можно вести свой аппарат спокойно. Если же вестиментиферы пропали — берегись! Это может означать повышение температуры воды до пределов, опасных для аппарата и его экипажа.
Удивляет яркая окраска многих животных. Зачем она им нужна в полном мраке? Что там абсолютный мрак, никто не сомневался.
Открытие экологических оазисов вызвало множество разных вопросов. Верны ли теперь сведения о бедности животного населения океанского дна на больших глубинах?
Конечно, верны. Необычайное богатство жизни на больших глубинах найдено лишь на отдельных, небольших по своим размерам участках дна океана в районах действия гидротерм. А там, где их нет, по-прежнему простирается абиссальная пустыня. Именно поэтому богатые жизнью участки в поле гидротерм называют экологическими оазисами. Этот термин хорошо показывает истинное положение дел. Гидротермы выполняют роль родников в оазисах обычных песчаных пустынь на поверхности Земли. Но сравнение это, конечно, не совсем точно.
Продолжение исследований с помощью «Ангуса» и «Алвина» в Тихом океане привело к еще более удивительным открытиям.
«Ангус» — подводный необитаемый аппарат (без экипажа) предназначен для автоматического фотографирования дна. Он буксируется надводным судном в толще воды океана на высоте примерно 18 м над дном. Имеет мощные источники света. С одной зарядки может сделать около 3 тыс. цветных фотографий. В ноябре 1979 г. при обследовании Калифорнийского залива на отснятой пленке были обнаружены клубы черного дыма вблизи дна. По фотографиям нельзя было определить, откуда идет дым. В этот район был вызван «Алвин». Первый же спуск принес успех. Исследователи установили, что черный дым оказался клубами черной воды. Громадные фонтаны черной воды били из труб разной высоты, некоторые в несколько метров.
Надо было измерить температуру черной воды. «Алвин» бросало вправо и влево струями мощного придонного течения. Тем не менее пилоту удалось подвести аппарат к одной из труб и с помощью манипулятора ввести датчик электрического термометра прямо в ее горловину (диаметром около 15 см), откуда бил черный фонтан.
Термометр «Алвина» показал 350 °C. В соседних черных фонтанах температура воды тоже была не ниже 350 °C.
Изучение гидротерм, оказавшихся столь горячими, опасно. Малейшая неосторожность грозит гибелью экипажу. Подводный обитаемый аппарат «Алвин», как и некоторые другие аппараты такого типа, имеет иллюминаторы из органического стекла. Оно размягчается при температуре выше 85 °C! Нельзя забывать и о высоком давлении воды у дна, близком к 300 атм. Чтобы не попасть в беду, пилоты подводных аппаратов не подходят вплотную к горячим струям. Температуру воды измеряют с помощью электрического термометра, вынесенного вперед манипулятором.
Трубы на дне, извергающие фонтаны черной воды, получили название «черных курильщиков». Позже были обнаружены трубы, из которых бьют фонтаны белой воды. Их назвали «белыми курильщиками». Изменение окраски океанской воды вызвано особыми химическими реакциями, происходящими между гидротермами и океанской водой.
А в 1982 г. американские ученые Дж. Бэррос и Дж. Деминг опустились в «Алвине» на глубину 2650 м в Тихом океане, в районе Галапагосского рифта, и взяли пробу воды из горячего источника на дне с температурой выше 300 °C с помощью особого прибора — пробоотборника, обеспечивающего сохранение температуры воды не ниже 250 °C. Результаты исследования превзошли самые смелые ожидания: в воде пробы оказалось много живых бактерий нового, неизвестного ранее вида.
Фантастические свойства этих бактерий потрясли ученых. Жизнь при адской температуре, без света, под громадным давлением кажется совершенно немыслимой с нашей точки зрения. А они живут и размножаются! Попытка в лаборатории снизить температуру воды с бактериями ниже 90 °C привела к прекращению их размножения. Им стало слишком холодно. Согласно другому сообщению, снижение температуры воды ниже 100 °C привело к полной гибели бактерий. Этот вид бактерий часто называют термофильными. Известны они также под названием археобактерий. 250 °C оказались для них достаточно комфортной температурой. При этой температуре, согласно сообщениям печати, бактерии живут и размножаются в лаборатории. Чтобы обеспечить им необходимые условия, в качестве жилища был использован сосуд, похожий на кастрюлю — скороварку с прочной герметичной крышкой. В таком сосуде легко поднять температуру воды до необходимой величины при одновременном увеличении давления.
Как эти бактерии живут при столь высокой температуре? Чем объяснить такую высокую устойчивость термофильных бактерий к высокой температуре? Ведь даже бумага обугливается при температуре выше 2 30 °C. А в струях гидротерм температура значительно выше, местами — почти вдвое! По своему химическому составу они, как сообщается, имеют необычайно высокое содержание двух аминокислот — глицина и серина. Но эти аминокислоты не отличаются особой термостойкостью.
У обычных бактерий при сколько-нибудь значительном повышении температуры происходит свертывание белков и наступает смерть. Видимо, решает вопрос не столько химический состав, сколько особенности строения. У термофильных бактерий более прочная конструкция молекул, устойчивая к высокой температуре.
Свертывание белков, или коагуляцию их, вы можете видеть, когда готовите яичницу. Повышение температуры в пределах 60 °C приводит к разложению белков, распаду цепочки ДНК, слиянию ферментов, деформации клеточных мембран. Для любого живого существа эти процессы означают смерть. Почему же они не происходят у термофильных бактерий?
Исследования под электронным микроскопом показали более прочную конструкцию молекул тела этих бактерий. Цепочка липидов у них имеет особое ветвистое строение, что увеличивает крепость их связи с мембранами. Витки спирали ДНК у них имеют больше точек крепления к мембране, как у микробов, устойчивых к радиации. Конструкция белковой молекулы более жесткая. Возможно, по этой причине деформации, возникающие при высокой температуре, не превосходят опасных пределов.