Виталий Бабенко - На суше и на море 1984

Чем же и как питаются животные, населяющие Галапагосский и подобные ему оазисы? Ученые выдвинули 4 гипотезы.

Первая из них — детритная. Согласно этой гипотезе, должен существовать какой-то механизм ускоренного поступления детрита в глубины океана. И такой механизм, оказывается, есть, его называют «фекальный экспресс». Фекальные комки, выбрасываемые организмами и содержащие непереваренную пищу, бывают достаточно больших размеров, чтобы успеть пройти путь от фотического слоя океана до почти трехкилометровой глубины за несколько десятков дней.

Вторая гипотеза основана на предположении взмучивания осадков дна восходящими токами воды у выходов гидротермов. Это может дать около 30 кг в сутки потенциальной пищи.

Согласно следующим двум гипотезам, основную роль в формировании первичного звена пищевых цепей Галапагосского оазиса играет бактериальный хемосинтез органического вещества из углекислого газа и сероводорода. По одной из этих гипотез, бактериальный хемосинтез протекает в воде вблизи гидротермов, а по другой — прямо во внутренностях самих животных благодаря «проживающим» в их тканях хемосинтезирующим бактериям. Такое сосуществование биологи называют симбиозом. Действительно, измерения поглощения углекислого газа, отношения изотопов углерода 13С/12С, которое зависит от природы источника органического вещества, изучение ферментативных систем червей и моллюсков из оазиса показали, что внешний и «внутренний» хемосинтез органического вещества может служить основным источником пищи для организмов, населяющих Галапагосский оазис.

Конечно, скорее всего окажется, что глубоководные экологические системы, связанные с суровыми жизненными условиями, чрезвычайно экономно относятся к любым пищевым ресурсам и используются все четыре пищевых источника, а возможно, есть и еще какие-то неизвестные источники. Баланс пищевых ресурсов Галапагосского оазиса океанологи еще не составляли. Однако большинство из них основным источником считают бактериальный хемосинтез. Тогда многие загадки Галапагосского оазиса проясняются: и почему гигантским червям «спагетти» не нужен рот — их кормят хемосинтезирующие бактерии, живущие во внутренностях червей; и почему здесь наблюдается гигантизм животных — из-за укороченных пищевых цепей, как считает советский гидробиолог З. А. Филатова: донные животные обитают фактически в «пищевом растворе», где между ними и пищей нет промежуточных звеньев, которые имеются в других районах. Обычно в каждом звене пищевой цепи происходит значительная, до 1/3 потеря биомассы и органического вещества, например, за счет его окисления до углекислого газа и воды в процессе дыхания. Так, в фотическом слое типична следующая пищевая цепь: фитопланктон — растительный зоопланктон — зоопланктон хищный I порядка — зоопланктон хищный II порядка — животные. Во всех звеньях этой длинной цепи происходит потеря органического вещества и биомассы в целом по цепи более чем в 10 раз.

Для Галапагосского оазиса типична цепь всего лишь из двух звеньев: хемо-синтезирующие бактерии — животное. Потерь органического вещества практически нет. Очевидно, этот принцип как-то может быть использован при организации морского хозяйства — марикультуры.

Американцы, изучив галапагосский феномен, решили использовать этот патент природы и разработали проект «фермы» для выращивания моллюсков (см. схему 1). В генератор бактериальной биомассы закачивается морская вода и подаются аммиак и сероводород. В условиях, имитирующих Галапагосский оазис, протекает бактериальный хемосинтез и биомасса бактерий скармливается выращиваемым моллюскам, которые имеют ценные пищевые свойства. Это деликатес, известный тем, кто пробовал мидий.

Можно значительно усовершенствовать этот проект (см. схему 2), если пользоваться водой из сероводородной зоны, например Черного моря. В ней есть как необходимое количество сероводорода, так и достаточная концентрация фосфатов и ионов аммония, которые необходимы для синтеза полноценного органического вещества. Параллельно с выращиванием моллюсков очень легко организовать производство из сероводорода ценного, дефицитного химического продукта — серы. Она легко получается при окислении сероводорода в условиях определенного недостатка кислорода. Если стакан с глубинной черноморской водой, содержащей сероводород, выставить на воздухе, вода в нем быстро становится белесовато-мутной — это сами собой образуются коллоидные частички серы. Их остается только отделить от воды. Кислород можно подавать в реактор для получения серы так, как показано в американском проекте (схема 1), или просто закачивать воду из верхнего, содержащего кислород слоя Черного моря.

Трудным кажется подъем сероводородсодержащей воды с 200-метровой глубины, но инженеры и ученые над этим уже думали. Один оригинальный способ запатентован сотрудниками Московского горного института (авторское свидетельство № 857356). Погружают две трубы, одна в другой, и в зазор через насадки подают сухую углекислоту. Смешивание ее с морской водой вызывает выделение сероводорода. Давление становится меньше наружного, морская вода засасывается в трубы, и постепенно газоводный концентрат сероводорода поднимается сам собой наверх. Есть и другие изобретения, например простой и экономичный способ П. Б. Пшеничного, основанный на использовании с помощью системы клапанов энергии волн, даже очень малых.

Так что практическая реализация этой биотехнологии по схемам 1 и 2 или по каким-то другим может произойти раньше, чем полное раскрытие и осмысливание тайн нового мира, обнаруженного на дне океана.

Но состоялось ли открытие нового мира? Состоялось, по мнению большинства ученых, открытие… старого мира, а возможно — экосистемы, переходной между старым и современным миром. «Можно думать, — пишет З. А. Филатова, — что открытие на больших глубинах в воде гидротермохемосинтезирующих бактерий имеет огромное теоретическое значение с точки зрения древности процессов создания живого вещества в глубинах океана. Эти процессы тесно связаны с недрами земной коры и с непрерывно происходящими под океаном активными химическими процессами».

Первобытный океан был бескислородным и содержал сероводород. И первобытный фотосинтез органического вещества осуществлялся бактериями-прокариотами из углекислого газа и сероводорода, а побочными продуктами этого синтеза были сера и вода, как показано на схеме упрощенно реакцией 1. Это было экологически чистое производство, не содержащее токсических отходов для той древней жизни. В результате случая или, может быть, ошибки Природы произошла почти ничего не значащая подмена одного из исходных веществ — сероводорода — его ближайшим химическим аналогом — водой (на схеме — реакция 2). В результате этой малозначащей в химическом плане замены отходам производства органического вещества вместо серы стал ее ближайший химический аналог — кислород, который оказался ядом для анаэробных древних организмов. Это первый в истории случай загрязнения окружающей среды. И именно в результате такого загрязнения возникла привычная для нас жизнь: только после того, как зеленые растения наполнили океан и атмосферу кислородом, жизнь приняла современные формы, для которых, однако, сероводород оказался ядом.