Погонофоры – глубоководные червеобразные животные, обитающие на дне моря в хитиновых или белковых трубках. Материал для трубок выделяется кожными железами животных. Трубка обычно открыта с одного конца, другим она прикрепляется к субстрату. Тело у погонофор нитевидное, длина от 5 см до 2,5 м, длина тела намного превышает его ширину, порой в 200 раз. Встречаются они на глубине от 40 до 9000 м, обычно – более 1000 м. Головной отдел тела венчается щупальцами (числом 1000–2000), образующими подобие бороды. Задний конец тела состоит из множества коротких сегментов со щетинками, с помощью которых погонофоры держатся в трубках. Эти животные раздельнополы. У личинок имеются нормальный рот и кишечник, которые позднее рассасываются. Перед первыми исследователями встала трудная задача – понять, как же все-таки они питаются. Высказывалось много предположений, некоторые из них были просто фантастическими, но до последнего времени никто не смог ответить на этот вопрос.
А в морских глубинах были сделаны еще более потрясающие открытия, которые стали возможны только после создания и освоения новой техники глубоководных исследований, обитаемых и беспилотных подводных аппаратов, с помощью которых ученые стали изучать океанское дно. Жизнь нашли там, где, как казалось раньше, она просто невозможна, даже на дне Марианского желоба (Марианской впадины), на глубине около 11 000 м. Но еще более интересные сообщества живых организмов были обнаружены на дне возле подводных вулканов и гейзеров, сосредоточенных вдоль системы срединно-океанических хребтов.
Чтобы пояснить, что это такое, надо сказать несколько слов о строении нашей планеты. Сейчас в геологии господствует теория тектоники плит – современная теория о движении литосферы, согласно которой земная кора состоит из относительно целостных блоков – литосферных плит, которые находятся в постоянном движении относительно друг друга. Эта теория объясняет возникновение землетрясений, вулканическую активность и процессы горообразования, которые происходят на границах плит. Образование и разрушение океанической коры зависит напрямую от движения тектонических плит. При этом в зонах расширения – на океанском дне это срединно-океанические хребты – из недр мантии на поверхность вырывается раскаленная магма и тут же затвердевает. Такие полосы разрыва коры называются рифтовыми зонами. В рифтовых зонах срединно-океанических хребтов были обнаружены гейзеры, получившие название «черные курильщики». Морская вода сквозь трещины проникает в магму, а затем, разогретая и насыщенная минеральными веществами, вырывается наружу. Черные курильщики – это высокотемпературные гидротермальные источники; из их жерл бьют струи горячей воды температурой около 350–400 °С и выше, насыщенной растворенными в ней газами. Над ними поднимаются «облака», состоящие из взвеси соединений серы с железом, медью, цинком и другими металлами. Впервые курильщики были обнаружены в 1977 г. американским подводным аппаратом «Алвин» в Красном море, затем их открыли в Тихом и Атлантическом океанах. Облако выглядит как черный дым, идущий из трубы, что и дало название этим источникам. Сами курильщики выглядят как мини-вулканы, это конусы высотой до 25 м (а бывает, что и до 100 м) с жерлом на вершине. Конус образуется, когда горячая вода источника сталкивается с холодной водой океанского дна (около 2 °С), минералы осаждаются, и постепенно вокруг курильщика наращиваются твердые минеральные стенки. Они сплошь покрыты толстым слоем бактерий – бактериальным матом, состоящим из миллиардов микробов, живущих при температуре около 120 °С.
Существуют и белые курильщики – гидротермальные источники с меньшими температурами (около 200 °С), которые выделяют облака белого цвета. Они были обнаружены на Срединно-Атлантическом хребте. Это белые конусы высотой до 60 м, рядом с которыми находятся образования причудливой формы, а также многочисленные расщелины, заполненные белой породой, из-за чего их называют также «потерянным городом». Белые курильщики сложены из карбонатных пород. Вода, изливающаяся из этих источников, нагревается за счет энергии, выделяющейся при реакции, протекающей между растворенными в морской воде веществами и оливином, минералом, входящим в состав земной магмы.
Рифтовые зоны с их горячими вулканическими газами, высокими концентрациями сероводорода, тяжелых металлов и других, ядовитых для большинства организмов, соединений, казалось, абсолютно не подходят для жизни. Однако, к величайшему удивлению ученых, вокруг черных курильщиков, на большой глубине, куда не проникают солнечные лучи, были обнаружены оазисы с богатой фауной – настоящие райские сады. Обычно на больших океанских глубинах, где все живое питается либо друг другом, либо скудной мертвой органикой, которая падает на них сверху, численность и биомасса животных очень малы (0,1–0,2 г на 1 кв. м). Однако первые же фотографии, сделанные исследователями через иллюминаторы подводных аппаратов, показали колоссальное изобилие живых существ вокруг курильщиков (8–10 кг биомассы на 1 кв. м, а в некоторых случаях – и до 50 кг). Фауна распределяется в зависимости от температуры воды – там, где она ниже 40 °С, живут огромные черви, прячущиеся в изогнутых белых трубках и выставляющие наружу ярко-красные щупальца. В этих подводных джунглях ползают крабы, тут же плавают рыбы, охотятся забавные осьминоги с «ушами», рядом, в расселинах, сидят огромные двустворчатые моллюски.
Прекрасно об этом написал Александр Городницкий – не все знают, что он не только поэт и бард, но и доктор геолого-минералогических наук, геофизик и океанолог, один из тех редких людей, которые опускались в глубины океана в обитаемых подводных аппаратах и видели это невероятное зрелище своими глазами:
В глубинах ночных океана,
Куда не дотянемся мы,
Из черного дна постоянно
Крутые восходят дымы.
Среди закипающей черни,
Рождающей множество руд,
Огромные плоские черви
В горячих рассолах живут.
Едят они серу на ужин,
Вкушая от этих щедрот.
Здоровью их даром не нужен
Полезный для нас кислород.
Здесь все верно, кроме того, что вестиментиферы – вовсе не плоские черви… Ну что ж, поэт имеет право на некоторое отклонение от истины.
Первый вестиментифер был добыт подводным аппаратом «Дипстар» в 1966 г. на континентальном склоне Калифорнии, а в 1981 г. американский зоолог доктор Мередит Л. Джонс описал новую группу беспозвоночных – гигантских червей, достигающих более 2,5 м в длину, как, например, гигантская рифтия. Модели вестиментифер почти в натуральную величину можно увидеть в нашем Дарвиновском музее. Уж этих замечательных созданий нельзя было не заметить, в отличие от невзрачных погонофор!
У вестиментифер особенно примечательны ярко-красные щупальца – этот цвет придают им кровеносные сосуды сложной кровеносной системы. Ниже щупалец у них имеются боковые выросты – так называемые вестиментальные крылья (на латыни vestimentum означает «одежда», отсюда и название группы). У взрослых вестиментифер, как и у погонофор, нет рта, кишечника и ануса. По оси туловищного отдела проходит массивный клеточный тяж, который назвали трофосомой. Крупные клетки трофосомы содержат множество вакуолей с серными бактериями, которые окисляют сероводород до серы (а потом до серной кислоты, нейтрализуемой карбонатами) и полученную при этом энергию используют для синтеза органических веществ из углекислого газа и воды. Этот процесс носит название хемосинтеза и характерен для многих видов свободноживущих бактерий, обитающих там, где в окружающей среде много сероводорода и есть кислород. Явление хемосинтеза как способ автотрофного питания был открыт еще в 1887 г. русским ученым С.Н. Виноградским. В оазисах на морском дне рядом с подводными гейзерами много сероводорода, который выбрасывается наружу при вулканической деятельности, а кислород в большом количестве растворен в холодной воде, окружающей источники. Эти необходимые для хемосинтезирующих бактерий вещества поступают в трофосому вестиментифер при помощи кровеносной системы, которая состоит из густой сети капилляров; в отличие от гемоглобина млекопитающих – переносчика кислорода, гемоглобин вестиментифер соединяется одновременно и с кислородом, и с сероводородом и доставляет их симбиотическим микроорганизмам. Червь питается исключительно за счет этих бактерий, переваривая их вместе с частью клеток трофосомы. Это взаимовыгодный симбиоз (мутуализм), потому что в теле червя бактерии получают защиту от неблагоприятных воздействий внешней среды.
