Новости партнеров


GEO приглашает

До 2 сентября в «Центральном доме художника» проходит выставка самого загадочного художника современности — Бэнкси. GEO проводит экскурсию по главным объектам экспозиции


GEO рекомендует

Moser Mobile Shaver с легкостью удаляет щетину до 2 мм и обеспечивает суперблизкое чистое бритье, что позволяет найти время на поддержание внешнего вида даже в самом напряженном графике


Новости партнеров

Проект «Планктон»

Планктон — фундамент всевозможных пищевых цепей в океане — практически не изучен. Ученые отправились в кругосветное путешествие, чтобы исследовать этот таинственный мир
текст: Йорн Ауф дем Кампе
фото: Christoph Gerigk

Экваториальная тьма поглотила судно. В небе бриллиантовой пылью мерцают мириады звезд. И вдруг море словно откликается на призыв небес. Прямо за бортом шхуны, рассекающей волны, начинает светиться океан. Никакой магии. Все очень просто — экипаж «Тары» врубил прожектор в толще воды.

Один из матросов, не мешкая, зачерпывает ведро воды из Тихого океана. Теперь биологу Кристиану Сарде есть чем заняться в лаборатории. Он помещает на стеклянную пластинку капельку свежей воды и начинает разглядывать ее под микроскопом. Глаз ученого различает прозрачные как стекло диатомеи — диатомовые водоросли. Рядом копошатся округлые одноклеточные динофлагелляты, шевеля кнутовидными жгутиками. То ли животные, то ли растения… Непонятно. Есть гипотеза, что люминесцентное свечение в океанских водах — их заслуга. Но зачем им светиться? Может, они так отпугивают врагов? «Толком никто ничего не знает», — отвечает Сарде. И никто из ученых не может пока объяснить, зачем этим загадочным светлякам нужны вон те трубочки внутри клетки, явно различимые через микроскоп.

Вопросов хватает, поэтому ученые и отправились в кругосветное путешествие. Сейчас научно-исследовательское судно «Тара» находится в 360 километрах от побережья Эквадора и держит курс на Галапагосские острова. Участники экспедиции хотят проникнуть в тайны планктона. Эта малозаметная биомасса — крупнейшая в Мировом океане.

Дрейфующее по океану планктонное сообщество насчитывает десятки тысяч разнообразных организмов. И таит в себе множество загадочных явлений, которые на первый взгляд совершенно непостижимы для человеческого разума.

Уникальная экспедиция стартовала в 2009 году. Нынешней весной путешествие по океанским просторам подходит к концу. На борту «Тары» собрался научный интернационал — экологи, генетики, океанографы, специалисты по таксономии, которые занимаются классификацией организмов. Их интересуют биологические законы, которым подчиняется царство планктона в обоих полушариях Земли. Систематическое исследование такого масштаба проводится впервые, хотя в рамках международного проекта «Перепись морской жизни» (GEO 09/2010), который закончился в 2010 году, ученые, конечно, изучали и планктон. Но, во-первых, у переписчиков океанской флоры и фауны была совсем другая цель — они должны были исчерпывающе описать все виды, в том числе и планктонные, населяющие Мировой океан. Во-вторых, ученые вели учет только зоопланктона — а это лишь одна из пяти групп планктонных организмов.

Внешне «Тара» больше напоминает военный корабль, а не плавучую лабораторию. Ее металлический корпус с алюминиевыми мачтами похож на серую бетонную глыбу. Тем не менее «Тару» взяли на вооружение не военные, а ученые. «Центры управления» этой плавучей научной лабораторией находятся в Париже и Гейдельберге. «Тара» уже успела пережить и шторм, когда судно сорвало с якоря, и нападение пиратов. Вообще-то океанские экспедиции стоят бешеных денег, но с этим проектом все по-другому. Габариты у «Тары» весьма скромные — всего 36 метров от носа до кормы, зато судно обладает отличной маневренностью и не очень дорого в эксплуатации. В экипаже не больше 14 человек, но состав его время от времени меняется, поскольку в научной экспедиции никак не обойтись без притока свежих сил и мозгов. Все несут вахту, работают на камбузе и драят гальюны.

Амбиций у ученых — целый океан. «Блуждающие» океанские организмы (именно так переводится с греческого слово «планктон») обитают в приповерхностных слоях морской воды в огромном количестве, поэтому на систематизацию научного материала, собранного «Тарой», могут уйти целые десятилетия. Так что не одно поколение ученых сумеет оценить труд предшественников, которые ради изучения планктона отправились в кругосветное плавание.

 «Блуждать» по океану могут самые разные виды животных и растений, не способных сопротивляться силе волн и морских течений. Большинство из них проводит в форме планктона весь жизненный цикл. Эти организмы называют голопланктоном. Некоторые виды — такие, как рыбы и головоногие моллюски, — присоединяются к дрейфующему сообществу временно (меропланктон). Они мечут икру в воду, и мальков рано или поздно прибивает к блуждающей биомассе. Планктон в основном образуют самые мелкие создания на нашей планете — на 98 процентов он состоит из микроскопических организмов. Но при этом к планктону относятся и самые длинные морские обитатели. Взять хотя бы арктическую цианею — у этой медузы щупальца достигают в длину 37 метров.

И большие, и маленькие — все они часть белковой массы, отнюдь не лишней для нашей планеты. Во что превратился бы мир, не будь в океане планктона? Не стало бы ни сардин, ни тунцов, ни синих китов... Ведь именно планктон является первым звеном пищевых цепей океанической фауны.

А кислород! Около половины земного кислорода — продукт жизнедеятельности планктонных микробов, большая часть которых имеет зеленую пигментацию. Те же диатомовые водоросли, например, или бактерии, да и динофлагелляты, способны к фотосинтезу. А значит, умеют вырабатывать живительный кислород.

А углекислый газ! Планктон улавливает из атмосферы его молекулы, предотвращая тем самым парниковый эффект. Несметные массы микроорганизмов закончили свое существование на дне морском. За миллионы лет они превратились в нефтяные залежи — гагантское депо углерода. Другие крохотные существа сохранили углерод в виде мощных пластов осадочных пород — силы природы сотворили из них известняк. Между прочим, именно из этого стройматериала планктонного происхождения сложены египетские пирамиды.

Итак, человечество прекрасно знает, чем оно обязано планктону. Но сам планктон остается для людей загадкой. Как и чем он питается? При каких условиях приобретает цветущий вид? И почему он хиреет? Как устроен генетический код планктонных организмов? Некоторые ученые утверждают, что
с 1950 года объем этой биомассы сократился вдвое. Безвозвратно. Так ли это? И чем это чревато?

Наутро «Тара» пересекает экватор. До Галапагосских островов остается 600 километров. На море — почти полный штиль. Нещадно палит экваториальное солнце. Экипаж «Тары» спускает паруса и натягивает над палубой тент, чтобы спрятаться в тени. Судно застопоривает ход. Вокруг научных руководителей экспедиции Габриэля Горски и Стефана Пезана собирается группа ученых. Совместными усилиями они спускают под воду «Ла Розет» — глубоководный зонд, который исследователи ласково прозвали «Рози». Зонду, прикрепленному к стальному канату, предстоит погрузиться на тысячеметровую глубину.

«Рози» к этому не привыкать — это уже 106-е ее погружение с тех пор, как «Тара» покинула родной порт Лорьян во французской Бретани. Ученые спускали зонд в Средиземном море, в Персидском заливе, у берегов Сомали, Мадагаскара, у мыса Доброй Надежды, на просторах Атлантики и возле Огненной Земли.

Если смотреть на горизонт, то морская стихия везде кажется одинаковой. Тем не менее условия жизни планктона значительно различаются от океана к океану. Так что «Рози» добывает весьма ценные сведения, в том числе и о содержании нитратов в воде. Этими веществами питаются зеленые бактерии, которые живут в верхних освещенных слоях воды, где и протекает процесс фотосинтеза.

А там, где растет фитопланктон, отлично чувствуют себя морские организмы, поедающие зелень. Тут как тут и хищники, которые охотятся на «вегетарианцев». Вот уже образовался и зоопланктон — микроскопические козявки, крабы, медузы, улитки, черви...

В дневное время многие организмы зоопланктона прячутся от врагов в глубине океана. Но как только наступает ночь, зоопланктон начинает подниматься к поверхности воды. Пожалуй, это в прямом смысле слова «самое массовое движение» на планете — зоопланктон устремляется туда, где есть фитопланктон. Без этого корма он просто не выживет.

Распространение планктона в океане подчиняется простым биологическим законам. Жизнь есть там, где имеются питательные вещества. Подводные течения поставляют их в огромном количестве со дна морского, где царствует холод и где они формируются. Верхние слои воды кишат живыми организмами и их выделениями. Рано или поздно и те, и другие оказываются внизу, потом мертвая органика распадается, и морские течения поднимают ее наверх — этот круговорот вечен.

Там, где минеральные соединения попадают в освещенную (фотическую) зону, планктон начинает бурно развиваться. А там, где нет света и пищи, царит пустота. Это явление океанографы исследуют уже много лет. Но до сих пор никто не проводил детальных исследований физического и химического состава океана в разных уголках Земли. Так что экипажу «Тары» есть чем заняться — ученые берут повсюду пробы морской воды, причем всякий раз сверяют ее состав с характеристиками планктона. И чем дальше и глубже, тем более загадочная вырисовывается картина.

«Мы сейчас находимся в холодном течении, которое несет «Тару» в сторону Галапагосских островов. В здешних водах полно питательных веществ», — объясняет Стефан Пезан, занятый погружением «Рози». Зонд размером с человеческий рост напичкан сверхсовременной техникой. Под скрежет лебедки и бульканье воды эта мини-лаборатория исчезает в глубине Тихого океана. «Рози» проникает почти во все уголки планктонной зоны, с помощью датчиков регистрируя не только содержание нитратов в воде, но и ее соленость, прозрачность, температурный и кислородный режим. А заодно фотографирует все организмы, попавшие в объектив. После каждого погружения набирается более двух тысяч снимков.

Зонд оснащен десятью цилиндрическими водозаборными резервуарами. Они расположены по кругу и срабатывают по очереди на разной глубине, подчиняясь командам компьютера. В каждой пробе по одному литру воды. Как правило, в улове у «Рози» такие крошечные организмы, что их невозможно различить невооруженным глазом.

Экипаж «Тары» может собирать самые разные виды планктона и на ходу, прямо из-под собственного днища. После фильтрации воды улов поступает сразу в лабораторию. Специальные приборы фотографируют и подсчитывают микробов. Более крупную добычу ученые вылавливают трубчатыми сетями, забрасывая их с кормы. В сети попадаются прозрачные, как хрусталь, креветки, морские стрелки, увенчанные щетинками для захвата добычи, и огненно-красные сцифомедузы.

Ученые то и дело извлекают на свет неведомые доселе творения природы. Сегодня намечается очередное открытие. Сначала Кристиан Сарде опускает в ярко освещенный аквариум, предназначенный для анализа «особых экземпляров», медузоподобного гребневика. Это студенистое существо с лентовидным телом, словно сотканное из тончайшего прозрачного капрона, — так называемый Венерин пояс. Линии вдоль «пояса» переливаются всеми цветами радуги.

Следующий «особый» объект похож на кристаллическую пальму с мясистой пышной кроной. Он парит в воде, как призрак. Профессор Сарде — корифей биологии, но и его эта «пальма» ставит в тупик. Он никак не может понять, с чем имеет дело. Его вниманием завладели еще одни планктонные обитатели, теперь уже самого малого калибра — бактерии. «Там загадки еще сложнее», — говорит Сарде.

350-килограммовый научный зонд «Рози» болтается на поплавке у кормы. Только что закончилось очередное погружение. Двое коллег Стефана Пезана, ухватившись за канаты, помогают ему втащить зонд на палубу. Содержимое резервуаров быстро переливают в канистры, а затем с помощью шлангов пропускают через лабораторные фильтры, на которых и оседает планктон.

Глубоководные микроорганизмы настолько хрупки, что ученым приходится тут же замораживать пробы в жидком азоте. Как только «Тара» пришвартуется в очередном порту, законсервированный океанический планктон отправится авиапочтой во Франкфурт-на-Майне. Там ученые смогут заняться изучением выловленного материала на предмет генетического разнообразия.

«Практически все виды бактерий, которые мы выуживаем, науке неизвестны», — утверждает Пезан. Ученый уповает на то, что расшифровка их геномов позволит создать новые лекарства или источники энергии. Коллеги Пезана на суше анализируют наследственную информацию планктонных организмов. Но при этом они еще проверяют, какие гены были активны в момент взятия пробы. Может, у бактерий был на самом пике процесс поедания органики. Или, возможно, они уже переключились на фотосинтез. А может, в их обмен веществ вмешались вирусы.

В том, что в воде полно вирусов, нет ничего странного. Ученые находят вирусы даже в толще земных пород на глубине 200 метров, на Южном полюсе и в верхних слоях атмосферы. Интересно другое: экипаж «Тары» регистрирует до 100 миллиардов вирусов в одном литре пробы. Их в десять раз больше, чем бактерий! Получается, что вирусы — самые многочисленные обитатели планктона. Но и это еще не самое удивительное. Пару лет назад ученые обнаружили в планктоне поистине гигантские вирусы. Их так и назвали — гирусы. У гирусов такой древний, «чистый» набор генов, что кое-кто из ученых собирается их классифицировать как отдельное царство природы.

Судя по предварительным результатам исследований, гирусы, возможно, играют главную роль в жизни планктона. Они внедряют собственный генетический материал в тело «хозяина», включая и выключая его жизненно важные функции. Некоторые гирусы даже могут наделять организмы способностью к фотосинтезу. Иначе говоря, гирусы регулируют снабжение кислородом всей планеты! Более того, они умеют транслировать не только свой собственный геном, но и переносить гены своих «хозяев». Что же получается? Ускоренная эволюция под контролем гигант­ских вирусов?

Видимо, в этом механизме генетической трансляции вода играет роль смазки. А сам планктон — своеобразная «социальная сеть», сотканная вирусами. Одним словом, планктон — это суперорганизм.

Допустим, природа все предусмотрела. Все эти хитросплетения — ее заслуга. Что тогда представляет собой каждый биологический вид? Или отдельный индивид? И вообще, что есть жизнь на Земле? Непрерывная трансляция генетической информации, гигант­ские метаморфозы материи?

Судя по всему, в океане творятся очень странные вещи. И недалек тот час, когда эти странности изменят наше представление о жизни. Например, никто пока не знает, почему вдруг на акватории в несколько квадратных километров разом расцветают водоросли. А потом без явных причин коллективно «тонут», опускаясь на глубину 4000 метров. Может, это вирусные гены так постарались? Взяли и перепрограммировали водоросли. Тогда у них под контролем вся экосистема.

Миновали четыре дня. Близится рассвет. Стоя на носу «Тары», уже можно различить силуэт огромной горы. Это остров Сан-Кристобаль, а значит, и до остальных Галапагосских островов рукой подать. Через несколько часов «Тара» уже швартуется в порту Пуэрто-Айора на острове Санта-Крус.

Два дня спустя «Тара» с новым экипажем берет курс на эквадорский порт Гуаякиль. Последние пробы можно отправить по почте только оттуда: вывоз экзотической флоры и фауны с Галапагосских островов на материк под запретом.

В территориальных водах Эквадора экипажу запрещено проводить научные исследования. По распоряжению эквадорского правительства на борту «Тары» даже дежурит специальный наблюдатель. Видимо, руководство страны опасается, что ученые обнаружат у пойманных на изолированных островах бактерий гены, пригодные для «коммерческого» использования.

После передышки в Гуаякиле «Тара» отправится во Французскую Полинезию — на острова Гамбье. Оттуда она возьмет курс на Гавайи, затем пройдет через Панамский канал и в конце концов пересечет Атлантику. Родная гавань в Лорьяне все ближе и ближе. Но даже близость дома не отвлекает ученых от работы. Морская биология не дремлет.

02.04.2012