Фауна океанических гидротерм: из реликтов в молодость

[annum_per_annum]

Гигантские (длиной до 240 см) черви рифтии названы так потому, что живут у рифтов —
подводных расколов в земной коре, где на океанское дно выходят горячие подземные воды, насыщенные солями и газами.
Рифтия не имеет ни рта, ни желудка. Её кормят симбиотические бактерии, составляющие около половины веса червя.

"Многокилометровые океанские глубины темны, пусты и безжизненны. По всему миру — и под жизнерадостными умеренными широтами, и в обледенелой Арктике, и под жаркими тропиками — они одинаково унылы. Так думали исследователи в прошлые века. Не имея возможности заглянуть в эти глубины, британский естествоиспытатель Эдвард Форбс в XIX веке выдвинул «азойную» (безжизненную) теорию о невозможности жизни глубже 500 м. Но вскоре, благодаря экспедиции на парусно-паровом корвете «Челленджер», во время которой с помощью драг были получены первые образцы грунта из глубоководных районов океана, стало понятно: жизнь там всё же есть. Но, правда, она очень бедная.

Чтобы как следует изучить дно и его обитателей, понадобились надёжные морские суда, новые орудия добычи глубоководных проб и подводные аппараты, в том числе пилотируемые, оснащённые механическими манипуляторами, фото- и видеокамерами. Переворот в науке произошёл в 1977 году, когда глубоководный обитаемый аппарат «Алвин» опустился возле Галапагосских островов на глубину 2,5 км в районе горячих источников: перед взорами экипажа предстали чудесные подводные оазисы с прежде не известными животными. Последующие изыскания показали, что в местах выхода из дна горячих растворов, насыщенных ядовитым сероводородом, метаном и другими химикатами, существуют удивительные сообщества животных, которые питаются за счёт хемоавтотрофных бактерий-симбионтов (см. «Наука и жизнь» № 11, 1987 г. и № 2, 1989 г.). Бактерии синтезируют органические вещества, используя энергию химических реакций, в которых задействованы агрессивные компоненты гидротермальных растворов. Огромные, двухметровой длины, черви рифтии (Riftia) содержат бактерий-кормильцев в особом органе — трофосоме, куда кровеносная система червя доставляет необходимый бактериям сероводород. У некоторых двустворчатых моллюсков бактерии живут в жабрах, которые из-за этого стали огромными, красными и по виду напоминают печень. Глубоководные креветки носят бактерий под панцирем, волосатые крабы-йети выращивают их на густом «мехе» передних ног. Каждый своим способом, они «приручили» разные группы хемоавтотрофных бактерий, растят их внутри или снаружи своего тела, и для гидротермальных глубоководных животных это главный и вполне достаточный источник пищи.

Предполагается, что гидротермальные источники уже существовали в древнем океане. Бактерии, обитающие в гидротермах, и вместе с ними археи — безъядерные одноклеточные организмы, способные к синтезу метана, считаются самыми древними из живых организмов нашей планеты. Логично было предположить, что животные, обитающие в условиях, которые существовали в древнем океане в симбиозе с одними из самых древних существ планеты, тоже древние. Долгое время так и считалось, что фауна глубоководных гидротерм — это живые ископаемые. Иллюзию рассеяла молекулярная генетика. По степени сходства генов и приблизительно зная, с какой скоростью мутируют гены разных организмов, можно оценить, как давно эти организмы разошлись в ходе эволюции. Эти исследования провёл профессор Роберт Врайенхук из Исследовательского института Аквариума в Монтерее (штат Калифорния, США).

Генетический анализ животных из горячих океанических источников показал, что все эти виды сравнительно молоды. Гигантские красные черви рифтии, которых сначала поместили в тип погонофор в качестве отдельного класса под названием вестиментиферы, вместе со всеми остальными погонофорами оказались всего лишь одним из небольших подразделений класса многощетинковых червей, и возникли они менее 60 млн лет назад. Креветки под названием римикарис (Rimicaris) появились 30 млн лет назад, двустворчатые моллюски батимодиолусы (Bathymodiolus) — 30—50 млн лет назад. Единственный более или менее древний обитатель гидротерм — улитки из рода Provanna, чей возраст оценивается в 120 млн лет. Но эти моллюски — исключение: они населяют не только горячие источники, но и другие районы океанического дна, а кроме того, могут обходиться без симбиотических бактерий, поскольку обладают нормальным кишечником и способны потреблять другую пищу.

У всех «хемосинтетических» животных предки известны ещё из мезозоя, но сами они возникли гораздо позже. Профессор Врайенхук считает, что большинство современных моллюсков, многощетинковых червей и ракообразных, пользующихся услугами хемосинтезирующих симбионтов, возникло в кайнозойской эре и что это случилось после палеоцен-эоценового потепления. Оно привело к широкому распространению бескислородных зон, попросту говоря, к заморам в глубоководных районах океана и массовому вымиранию морских животных.

Исследуя геномы рифтий, Врайенхук с коллегами обнаружили удивительное сходство между особями из разных широт. Несмотря на отчётливую разницу в размерах и форме отдельных частей тела, которые зоологи расценивали как видовые отличия, генетические различия оказались минимальными. По встречаемости редких аллелей (несколько различающихся вариантов одного и того же белка) удалось выделить всего две области: одну — к северу от экватора, другую — к югу, но и между ними различия очень небольшие. Похожая история и с другой вестиментиферой — риджеей (Ridgeia), у которой прежде было описано два чётко различных вида: они оказались возрастными стадиями, а не видами.

У двустворчатых моллюсков батимодиолусов, обитающих вдоль Срединно-Тихоокеанского хребта, тоже есть две формы — к северу и к югу от 20° южной широты, обе очень сходные между собой, но генетические маркеры показали существенные различия между ними. Они настолько велики, что пришлось присвоить формам ранг отдельных видов. Ни внешних, ни анатомических различий найти не удалось — только генетические, зато серьёзные.

Генетическое однообразие большинства видов, обитающих у глубоководных гидротерм, необычное для организмов с всесветным распространением, по мнению Роберта Врайенхука, может объясняться нестабильностью места обитания. Каждый из горячих источников существует сравнительно недолго, в одних местах они появляются, в других — затихают. А что происходит с их обитателями? Деваться им некуда, и они погибают. Новые гидротермы животные заселяют благодаря тому, что у всех этих видов есть плавающие личинки, которых разносят течения. Если несколько личинок удачно попадут к месту появления нового горячего источника, они основывают популяцию. В череде вымираний около угасших источников и размножения в новых местах «хемотрофные» животные постоянно проходят через «бутылочные горлышки» — ситуации, когда популяция сокращается до считанного числа особей, а затем снова размножается, благодаря этим немногим выжившим. Поскольку в «узком месте» генетическое разнообразие невелико, потомки, будучи близкими родственниками, тоже похожи друг на друга.

Одно время предполагали, что гидротермальные источники могли быть местом, где зародилась жизнь. «Нет, вряд ли, — считает исследователь. — Это слишком нестабильные системы. И хотя многие животные гидротерм кажутся конструктивно примитивными, реликтами их считать нельзя».

С позиций сегодняшнего дня расширение зон, лишённых кислорода, — явление негативное. Оно может происходить в результате крупномасштабных изменений климата. Не стоит думать, что животным, обитающим на глубине в километр и более, изменения климата на поверхности нашей планеты безразличны. Глубоководные «хемосинтетические» организмы не защищены от катастрофических событий, происходящих в освещённой зоне Земли и океана. Напротив, они могут оказаться очень чувствительными к изменениям температуры и течений, влияющих на взаимодействие кислородных и бескислородных зон, у границы которых обитают эти удивительные организмы".

Кандидат биологических наук Елена Краснова,
"Наука и жизнь", № 8, 2013