Глава 12. В бездне океана

Глубины океана давно привлекают к себе внимание, но они по-прежнему остаются одной из величайших загадок на всем земном шаре. Человек достиг вершин высочайших гор, пересек вдоль и поперек Антарктический континент и проник в сердце отдаленнейших пустынь и джунглей, но опуститься на дно океанских пучин он еще не отважился.^* Огромное давление, которое должна выдержать машина, предназначенная для доставки людей на дно морских глубин, служит главным препятствием для исследователей. Хотя изобретение батискафа (о нем мы будем говорить в третьей части книги) показало, что эта проблема разрешима, все же должно пройти некоторое время, прежде чем люди смогут непосредственно наблюдать и подробно изучать жизнь глубоководного мира. Поэтому путешествие в бездну океана, которое мы совершим в этой главе, будет воображаемым. Мы будем исходить главным образом из данных уловов, произведенных тралами на большой глубине, и из материалов подводной фотографии.

^* (В настоящее время уже совершено несколько погружений на Дно глубоководных впадин на глубину свыше 10 000 м. (Прим. ред.))

В предыдущих главах мы уже затронули некоторые стороны изучения флоры и фауны больших морских глубин. В главе 7, например, мы упоминали о факторе давления, в главе 10 было дано описание нескольких характерных организмов бентоса. Здесь же мы ограничимся рассмотрением в основном двух форм жизни в океане: во-первых, нектонных организмов, обитающих в районах частичной или полной темноты, которая характерна для всех больших глубин; во-вторых, микроорганизмов, обнаруженных недавно в пробах, взятых из глубочайших океанских впадин.

В глубоководном нектоне, так же как и в нектоне средних и верхних слоев воды, представлены две основные группы животных: активно плавающие позвоночные и наиболее подвижные виды бес" позвоночных, как, например, головоногие моллюски (цефалоподы) и большие ракообразные. Особенный интерес представляют рыбы. Многие из них совершенно необычны по форме и обладают интересными приспособлениями к окружающей среде.

Как мы уже говорили, большое давление не представляет особой опасности для глубоководных рыб благодаря тому, что давление внутри их тела равно давлению снаружи. Плохо приходится только рыбам, обладающим большим плавательным пузырем, который не может быстро приспосабливаться к изменениям давления. Рыба гибнет, если быстро опустится ниже обычной для нее глубины, а если ее быстро поднять на поверхность, то из-за избытка внутреннего давления в пузыре тело рыбы как бы взрывается изнутри. Интересно отметить, что многие глубоководные рыбы или совсем утратили плавательный пузырь, или имеют уменьшенный пузырь, заполненный жиром. Жир, заменяя газ плавательного пузыря, в какой-то степени обеспечивает рыбе плавучесть. Рыбы, утратившие пузырь, обычно имеют тонкие ткани и неполностью отвердевший скелет, поэтому они ненамного тяжелее окружающей среды. Это значит, что им достаточно шевелить плавниками и хвостом, чтобы держаться в воде на нужном уровне.

Таким образом, уменьшение, перерождение и атрофию плавательного пузыря можно рассматривать как приспособление глубоководных рыб к одной из особенностей окружающей их среды, а именно к большому давлению; но в общем это приспособление не имеет такого важного значения, как приспособление к другой основной особенности больших глубин - к отсутствию света. Мы уже говорили раньше о том, что солнечные лучи отражаются, рассеиваются или поглощаются крохотными частицами, находящимися в море во взвешенном состоянии, и что с глубиной интенсивность света быстро уменьшается. На разных глубинах животные по-разному приспосабливаются к этому обстоятельству: одни обладают особенной окраской тела, другие имеют специфическое строение глаз, третьи снабжены светящимися органами, которые иногда испускают такой же яркий свет, как пара сильных автомобильных фар.

Нельзя установить точные границы соответствия окраски тела определенному слою воды, однако некоторая закономерность имеет место. В поверхностных водах животные окрашены преимущественно в синеватый цвет, прозрачны или полупрозрачны. На глубине 150-500 м преобладают серебристые и сероватые тона, особенно у рыб. Ниже 500 м животным свойственна черная или темная Окраска, а некоторым формам - красная. Как мы уже указывали раньше, у многих рыб верхних и средних слоев верхняя часть тела имеет темноватую окраску, а нижняя - светлую; это, несомненно, защитное приспособление, так как тело рыбы по цвету сливается со светлым фоном, если смотреть на него снизу, и с темным фоном, если смотреть на него сверху. Синий цвет или прозрачность форм, Плавающих на поверхности, и темная окраска глубоководных видов также легко объясняются стремлением животных быть менее заметными. Красную окраску некоторых глубоководных рыб более трудно объяснить. Самое распространенное в настоящее время объяснение заключается в том, что при свете, который излучают светящиеся рыбы, эта окраска менее заметна. Однако авторитетно высказаться по этому вопросу может только сама светящаяся рыба.

Поразительно, как глаза глубоководных рыб приспособились к мраку морских пучин. Почти все эти рыбы обладают огромными глазами. Их орбиты иногда занимают чуть ли не половину черепа. Однако одна только величина глаза мало помогла бы рыбам хорошо ориентироваться в обстановке почти полного мрака. У большого глаза не больше преимуществ перед маленьким, чем у большого фотографического аппарата перед миниатюрным. Важно, чтобы зрачок, или "апертура", расширился в большей степени, чем диаметр глазного яблока. В таком случае хрусталик, собирающий лучи света в фокусе на сетчатке глаза, также должен быть значительно увеличенным. Фотолюбитель сразу поймет принцип этого устройства. Глаза рыб, живущих в освещенных поверхностных водах, соответствуют маленьким линзам обычного аппарата фирмы "Бокс Брауниз" с относительным отверстием f 11 или даже меньше. Глаза глубоководных рыб, с другой стороны, соответствуют большим линзам с f 1,5 и f 2, как у "Лейки" и "Контакса", которые позволяют снимать при слабом освещении. У некоторых видов рыб зрачок так увеличен, что занимает почти три четверти вертикального диаметра глазного яблока.

Однако, несмотря на все только что сказанное, не обязательно, чтобы глаза у рыб увеличивались с глубиной. В действительности максимальной величины глаза, по-видимому, достигают на определенной глубине, вероятно, соответствующей самой большой глубине, на которой зрение в его обычном понимании физически возможно, на большей же глубине снова уменьшаются и превращаются просто в светочувствительный орган, способный определить направление, в котором находятся освещенные предметы, но не их форму. Если это предположение окажется верным, оно поможет объяснить, почему у некоторых глубоководных рыб величина глаз меньше, чем у рыб, живущих на меньшей глубине. Иначе этот факт объяснить трудно.

Внутреннее строение глаз глубоководных рыб имеет много характерных особенностей. В сетчатке мало или совсем нет зрительных клеток, контролирующих цвет или остроту зрения, но зато она снабжена множеством особых пигментных палочек, содержащих родопсин и хрисопсин, которые позволяют улавливать малейшие проблески света. Н. В. Маршалл сравнил расположение этих палочек с густым ворсом толстого ковра. Взятые в отдельности, они неразличимы, но их настолько много, что у некоторых видов глубоководных рыб один квадратный миллиметр поверхности сетчатки может содержать 20 миллионов таких палочек. Они группами присоединяются к оптическим нервным волокнам, причем десятки или даже сотни этих палочек снабжают световыми импульсами только одно волокно. Благодаря такой концентрации световых импульсов в одном канале имеется больше шансов на то, что произойдет нервная реакция, чем в случае, если бы каждая палочка действовала самостоятельно. Это устройство можно сравнить с использованием несколько последовательно соединенных элементов в аккумуляторе для получения более высокого напряжения, чем от одного элемента.

У многих сверхглубоководных животных глаза маленькие или совсем атрофированы. В этой зоне единственный источник света - это естественно светящиеся существа, поэтому функция глаза состоит в том, чтобы воспринимать сигналы, а не образ предмета. Так, у Cetomimus, длина которого составляет 10 см, глаза имеют 1 мм в диаметре, а соотношение между диаметром глаз угря Cyema atrum и длиной его тела еще меньше. У некоторых сверхглубоководных рыб глаза совсем отсутствуют. В таких случаях зрительный нерв часто выступает на поверхности головы в том месте, где должен быть глаз, и получает световые импульсы непосредственно.

В противоположность этим рыбам, у глубоководных рыб и рыб, населяющих сумеречную зону, глаза большие и своеобразной формы. У некоторых глаза выпуклые, как теннисные мячи, а по крайней мере у девяти родов рыб глаза имеют форму трубочек, направленных или вперед, как у родов Winteria и Cigantura, или вверх, как у Opisthoproctus и Argyropelecus. Биологическое назначение глаз такой странной формы - вопрос спорный. Некоторые исследователи считают, что они действуют, как телескопическая линза в фотографическом аппарате, так как расстояние между линзой и сетчаткой таких глаз ("фокусное расстояние", пользуясь фотографическим термином) больше, чем у глаз с нормальной формой. Другие рассматривают их просто как специальные устройства для получения сигнала от светящихся органов врага или возможной добычи. Как бы то ни было, строение таких глаз очень сложное, Кроме главной сетчатки описанного выше типа, у них есть еще добавочная сетчатка, действующая вместе с главной.

Остановимся теперь подробнее на самом свечении. Как мы уже знаем из главы 9, некоторые планктонные животные снабжены светящимися органами, вызывающими призрачное фосфоресцирующее свечение поверхности моря. На больших глубинах такими органами обладают многие нектонные животные. У более чем 60% живущих там видов есть светящиеся органы, так называемые фотофоры. У одного вида может быть больше десяти разнообразных светящихся органов - от совсем простых до сложно устроенных. У родственных видов светящиеся органы устроены по одному образцу" но между рыбами разных групп и особенно между рыбами и крупными беспозвоночными существуют большие различия в этих органах.

Мы не будем останавливаться на биохимической природе свечения, так как это слишком специальный вопрос. Отметим только, что оно возникает в результате взаимодействия двух веществ в теле животного - люциферина и люциферазы (эти слова произведены из латинских слов lux - "свет" и ferre - "приносить"). Эти вещества еще мало исследованы, но, по-видимому, у люциферазы есть некоторые свойства белка, одного из основных веществ, входящих в состав тел живых организмов, тогда как люциферин - не белковое вещество. У различных типов животных эти вещества взаимодействуют по-разному, и не обязательно, чтобы при смешении люциферина одного вида животных с люциферазой другого вида получился свет. С другой стороны, если взять эти вещества от одного вида, свечение легко можно вызвать искусственно. Важно, чтобы смешение происходило в присутствии кислорода, тогда неожиданно возникает яркий свет, который через несколько секунд постепенно исчезает. Благодаря своим особенностям эти вещества иногда используются совсем неожиданным образом. Так, например, во время последней войны японских офицеров часто снабжали порошками люциферина, извлеченного из остракодовых ракообразных Cypridina. Намоченный и растертый на ладони порошок давал достаточно света, чтобы читать донесения в обстановке, в которой использовать электрические фонари было опасно.

У глубоководных рыб светящиеся органы распределены неравномерно по всему телу. У различных видов они расположены в различных частях тела: на туловище, на голове, на плавниках, а у некоторых рыб, как, например, у Chauliodus и Dactylostomias, даже во рту. Излучаемый свет бывает различного цвета - от красновато-оранжевого до сине-зеленого. Свои светящиеся органы рыбы могут "включать" и "выключать" по желанию.

Из всех глубоководных светящихся рыб, может быть, самые замечательные - это рыбы-удильщики. Свое название они получили благодаря удивительному "рыболовному" устройству, напоминающему удочку с фонариком на конце. "Удочка" выступает с края рыла и может подниматься и опускаться при помощи двух рядов мускулов, а фонарик на ее конце служит приманкой. Таким рыболовным устройством обладают только самки. У некоторых видов удильщиков "удочки" сравнительно короткие, но у других, например у Gigantactis macronema, они могут быть в несколько раз длиннее самой рыбы. Чтобы поймать свою добычу, животное, вероятно, медленно плывет в воде, выставив вперед свою "удочку", причем благодаря сокращению мускулов, контролирующих "удочку", светящаяся приманка призывно мигает. Когда добыча приближается, чтобы рассмотреть источник света, вызывая волнение воды вокруг "удочки" и, возможно, даже касаясь ее, удильщик открывает свою пасть, быстро бросается вперед и заглатывает свою добычу.

Во время глубоководной экспедиции "Галатеи" в 1950-1952 гг. был пойман удивительно интересный вид удильщика Calatheathauma axeli, у которого световая приманка находится во рту (свое название рыба получила в память об экспедиции на "Галатее" и в честь председателя экспедиционного комитета, датского принца Акселя). Пойманный экземпляр имел 47 см в длину, его раздвоенный световой орган свисал с нёба позади ряда остроконечных зубов. Было высказано предположение, что рыба ловит свою добычу, лежа на дне и открыв свою большую пасть. Привлекаемые светом, животные вплывают или вползают в рот, после чего удильщик просто смыкает свои челюсти. Если это предположение правильно, тогда Galatheathauma можно поздравить с изобретением метода поимки добычи, требующего наименьших усилий по сравнению со всеми известными до сих пор.

Использование света в качестве приманки хорошо известно. Средиземноморские рыбаки пользуются в темноте лампами, чтобы привлечь рыб в свои сети. На побережье Португалии для этой же цели используют мясо различных рыб. Е. Н. Харвей описал, как португальские рыбаки берут для приманки кусочек мяса налима, предварительно потерев его о брюхо рыбы Malacocephalus laevis; в результате приманка покрывается светящимися бактериями, живущими в железе около заднепроходного отверстия рыбы. В Ост-Индии широко используется в качестве приманки вырезанная около глаза мякоть у рыбы Photoblepharon, в которой содержатся светящиеся бактерии.

Светящиеся органы используются не только в качестве приманки. Мы уже упоминали, что они могут играть роль фар. У светящихся рыб около глаз обычно расположена пара светящихся органов, способных отбрасывать перед собой свет на расстояние полуметра и больше. Он не только приманивает, но и освещает добычу, намного облегчая погоню за ней. Движениями мускулов можно значительно изменить направление пучка света. У некоторых рыб, например у BathopUlus и Chirostomias, светящиеся органы расположены в два ряда по обе стороны нижней части тела. Они бросают косые пучки света в стороны и вниз, освещая большой участок воды под ними. Когда эти рыбы скользят в воде, тела их походят на фюзеляжи самолетов со светящимися по обе стороны иллюминаторами.

Три вида глубоководных рыб. а - Benthosaurus; б - рыба-удильщик Lasiognathus; в - рыба-топорик (Argyropelecus)

Иначе расположены светящиеся органы у рыбы-топорика и у рыбы-фонаря. На причудливом, в виде топорика, теле рыбы разбросано через одинаковые промежутки от ста до пятисот светящихся органов. Рыба-фонарь выглядит более обычно. Ее светящиеся органы уступают как по величине, так и по количеству соответствующим органам рыбы-топорика. По-видимому, основное назначение этих органов у рыбы-фонаря не освещать, а действовать в качестве сигнала для привлечения своих одноплеменников.

Можно было бы говорить еще о многих вопросах, связанных со свечением, но мы должны перейти к обсуждению других проблем глубоководной биологии. Вернемся к рыбам-удильщикам. У читателя, вероятно, возник вопрос, почему только самки снабжены удочкой и что делает самец, пока его партнерша занимается рыбной ловлей. Ответ может только посрамить мужское тщеславие, так как по сравнению с самкой самец-удильщик ведет жалкую жизнь. Ничтожно маленький, он просто ухватывается челюстями за какую-нибудь часть тела первой попавшейся самки. Иногда к телу одной самки прикрепляются два или более карликовых самца. У некоторых видов этих рыб рот самца постепенно сливается с телом самки, у него исчезают все необходимые для самостоятельной жизни органы, кроме половых, и он перестает существовать как физиологически самостоятельный организм, питаясь только кровью самки. Его единственное назначение в жизни состоит в том, чтобы оплодотворять икру, отложенную самкой. Было предложено несколько объяснений такого удивительного образа жизни, но ни одно нельзя считать удовлетворительным.

Для многих глубоководных рыб характерны исключительно большие рты. Они намного больше, чем у мелководных рыб. По-видимому, это связано с разреженностью населения на больших глубинах, где мало пищи. Многие глубоководные рыбы в состоянии проглотить жертву такого же размера, как они сами. Рекорд, вероятно, побил удильщик Melanocetus jonsoni. У одного экземпляра этой рыбы, пойманного во время экспедиции "Дана" в 1920- 1921 гг., в желудке нашли большую рыбу-фонарь (Lampanydus erocodilus), приблизительно в два раза большего размера, чем она сама. Рыбы из рода Idiacanthus, Chiasmodus, Cigantura, Evermanella и некоторые другие тоже способны на такого рода фокусы.

Поразительно, как у некоторых глубоководных рыб растягивается желудок, когда они проглатывают добычу крупнее себя, и как они избегают при этом повреждений жаберных дуг, сердца и аорты. В статье, посвященной этому вопросу, доктор В. В. Чернявин выдвигает предположение, что в момент, когда рыба проглатывает свою жертву, особые мышцы должны оберегать сердце и жаберные дуги от повреждения. На представленной им модели рыбы Chauliodus sloani видно, какие огромные смещения органов происходят в организме, для того чтобы рыба могла проглотить добычу.

Кроме "удочек", светящихся органов и особого строения челюстей, некоторые глубинные рыбы обладают такими устройствами, функцию которых объяснить трудно. Например, странное на вид существо Benthosaurus снабжено длинными плавниковыми лучами. Вначале считали, что, плавая у самого дна, рыба пользуется этими лучами как щупальцами для обнаружения пищи. Однако фотографии, сделанные из батискафа, наводят на мысль, что Benthosaurus пользуется этими лучами не только как щупальцами, но и как опорой для тела, когда он лежит на дне. Предполагают, что рыба покоится на них, как фотографический аппарат на треножнике, а с их помощью может даже передвигаться прыжками по дну. Ничего невозможного в этом нет, но пока у нас нет снимка, который подтвердил бы это предположение, мы вправе сомневаться в его истинности.

Теперь обратимся к глубоководным микроорганизмам. Мы рассматриваем этот вопрос здесь, а не в главах, посвященных бентосу, так как самые интересные открытия в этой области были сделаны в связи с глубоководными бактериями. Изучение этих микроорганизмов началось во время экспедиции "Галатеи", когда впервые полученные с глубин пробы были подвергнуты исследованию. С тех пор эта работа проводилась в микробиологических лабораториях в Институте океанографии Скриппса при Калифорнийском университете и в других институтах.

Бактерии - это одноклеточные микроорганизмы, размножающиеся простым делением клетки. Многие считают, что по своей природе они ближе стоят к растениям, чем к животным. Однако в связи с открытием бактерий на дне больших глубин перед сторонниками этой точки зрения возникло много трудностей. Основная особенность растений состоит в том, что для превращения химических веществ из окружающей среды в пищу им необходим свет. Но глубоководные бактерии живут в полном мраке и поэтому считаться растениями могут только условно. Было найдено, что на больших глубинах есть два рода бактерий: одному роду для питания нужны органические соединения, а другой способен сам синтезировать неорганические вещества, как это делают обычно зеленые растения. Бактерии второго рода, получившие довольно труднопроизносимое название "хемосинтетические аутотрофы", используют в качестве источника энергии вместо света такие неорганические вещества, как молекулярный водород, метан, аммоний и нитриты. Можно ли на этом основании считать их растениями, решить нелегко.

До экспедиции "Галатеи" Считали, что в глубоководных океанских впадинах нет никакой жизни.^* Низкая температура, высокое давление, отсутствие света и другие неблагоприятные факторы, характерные для сверхглубоководной среды, служили для многих исследователей убедительным доказательством, что жизнь в этих районах невозможна. Поэтому можно себе представить, с каким волнением группа ученых с "Галатеи" наблюдала, как 15 июля 1951 г. со дна Филиппинской впадины, с глубины не менее 10 060 м, вытаскивали пробу с илом. Будет она содержать органический материал или не будет?

^* (Впервые органическая жизнь на дне глубоководных впадин была обнаружена не экспедицией на "Галатее" в 1952-1959 гг., а экспедицией на советском исследовательском судне "Витязь" в 1948 г. (Прим. ред.))

Небольшие части пробы ила, взятые стерильными инструментами, были исследованы под микроскопом. В иле оказались различные бактерии - палочковидные "бациллы", "вибрионы" в форме запятых и шаровидные "кокки". Однако микроскоп не мог показать, были ли эти организмы живыми. Ведь могло оказаться, что это были мертвые бактерии, прошедшие через толщу воды из более близких к поверхности слоев и осевшие на дно. Чтобы решить этот вопрос, небольшие порции ила поместили в питательную среду, состоящую из морской воды, пептона и дрожжевого экстракта. Эту среду с посевом поместили в небольшую стеклянную пробирку, которую поставили в плотный стальной цилиндр. Пробирки герметически закрыли стерильной неопреновой пробкой, которая служила одновременно поршнем, позволившим сжать содержимое пробирки до тысячи атмосфер (эта величина эквивалентна гидростатическому давлению в Филиппинской впадине, откуда была взята проба). Затем цилиндры на несколько дней поместили в холодильник при температуре 3° С, которая приблизительно соответствует температуре воды во впадине. Когда исследовали образцы, оказалось, что бактерии начали интенсивно размножаться. Так было получено первое доказательство существования живых организмов в глубочайших районах моря.

О глубоководных бактериях известно несколько интересных фактов. Например, попытки вырастить их искусственно при сильно уменьшенном давлении не имели успеха, и это явилось первым доказательством того, что нормально существовать они могут только на больших глубинах. Поэтому их называют барофильными, или "любящими давление", организмами. В связи с открытием бактерий на больших глубинах возникает еще несколько важных проблем. Об одной мы уже говорили - можно ли бактерии считать растениями, а если можно, то в какой степени. Вторая проблема, представляющая не меньший интерес, касается роли этих организмов в пищевой цепи на больших глубинах. Ранее мы говорили, что глубоководные животные, по-видимому, питаются другими животными или органическими остатками, попадающими к ним с верхних слоев воды. Но присутствие бактерий показывает, что у них под рукой есть и другой источник питания. Неизвестно, в какой степени бактерии поедаются другими глубоководными существами, но огромные темпы размножения бактерий наводят на мысль, что, должно быть, есть какой-то фактор, который регулирует их количество.

И еще один интересный вопрос - не являются ли бактерии причиной заболеваний глубоководных животных. В этом отношении их роль среди наземных животных и животных мелководья хорошо известна, но как они ведут себя на больших глубинах, еще не выяснено окончательно. Известно только, что они иногда содержатся в поверхностной слизи у рыб и морских беспозвоночных и что они проникают в раненые организмы. В таких случаях, как мы видели, некоторые виды бактерий вызывают свечение; однако неизвестно, причиняют ли они вред своему хозяину.