Этот неизвестный океан. Как работают приливы, рождаются шторма и живут невидимые создания в морских глубинах - Александр Осадчиев
Если рассмотреть весь Мировой океан – от литорали до морских глубин, – оказывается, что в океане очень важна вертикальная зональность, потому что наверху тепло и светло, а внизу темно и холодно. Самые благоприятные условия находятся в эуфотической зоне, верхнем слое океана, куда поступает много солнечной энергии. Толщина эуфотической зоны варьирует от нескольких метров в мутных прибрежных водах до сотен метров в прозрачном океане. Планктон в этой зоне фотосинтезирует, то есть поглощает солнечную энергию и строит свои тела из углекислого газа, и воды и различных биогенных веществ, растворенных в морской воде. В тех местах, где есть избыток биогенных веществ, формируются области повышенной биологической продуктивности. Таким образом, фитопланктон – это аналог растений на суше. На суше травоядные животные питаются растениями, а в океане фитопланктон поедается зоопланктоном. Зоопланктон в свою очередь едят рыбы, птицы и млекопитающие; так в океане выстраивается пищевая цепочка из «растений», «травоядных» и «хищников».
Океан: жабры планеты
Фитопланктон играет огромную роль в производстве кислорода: в Мировом океане производится примерно половина атмосферного кислорода Земли. Вторая половина выделяется наземными растениями. И фитопланктон, и наземные растения не только производят кислород в процессе фотосинтеза, но и активно его потребляют в процессе клеточного дыхания, чтобы получать энергию в темноте и обеспечивать свою жизнедеятельность. Более того, после смерти растения обычно остаются лежать на поверхности земли и разлагаются. На это тоже расходуется кислород, ранее ими же и произведенный. Выходит, что наземные растения, хотя и производят половину кислорода на Земле, почти все произведенное потом снова поглощают.
Совсем по-другому устроен процесс в океане. В отличие от наземных растений, значительная доля фитопланктона оседает на дно океана, где неорганические покровы фитопланктонных водорослей становятся осадочными породами. На больших глубинах на морском дне кислорода мало, поэтому если органика разлагается, то в основном анаэробным образом, то есть без участия кислорода. Поэтому целых 40% кислорода, вырабатываемого фитопланктоном, в итоге поступает в атмосферу.
Когда на Земле зародилась жизнь, кислорода в атмосфере практически не было. Первый миллиард лет своего существования живые существа не разлагали углекислый газ и не производили кислород, так как в достатке были более простые для разложения сероводород, аммиак и метан. Потом появился оксигенный фотосинтез, то есть фотосинтез, приводящий к выделению кислорода. Живые существа стали активно выделять кислород, но он сразу поглощался океаном и горными породами на суше и морском дне. Только через 1,5 миллиарда лет после появления оксигенного фотосинтеза все доступные горные породы на суше и морском дне оказались окислены и кислород начал быстро накапливаться в атмосфере.
Рис. 36.Как менялась концентрация кислорода в атмосфере
Кислород в атмосфере произвел полный переворот, кислородную катастрофу! Живые организмы, не приспособленные к жизни в кислородных условиях, практически полностью вымерли. Кислород в атмосфере сформировал озоновый слой, поглощающий наиболее жесткую часть солнечного ультрафиолетового излучения. Защитный озоновый экран позволил сложным формам жизни выйти из моря и свободно функционировать на суше.
Появление кислорода в атмосфере изменило ее химический состав: до этого в ней было высокое содержание метана, а с появлением кислорода большая его часть разложилась на углекислый газ и воду. Метан имеет в несколько десятков раз более сильный парниковый эффект, чем углекислый газ, поэтому с исчезновением метана началось глобальное похолодание, Гуронское оледенение, которое продолжалось 300 миллионов лет. Земля тогда почти полностью покрылась льдом – от полюсов до тропиков. Вот так морские фотосинтезирующие существа заморозили планету, настроили под свои нужды океан и атмосферу, заморили старых жителей Земли и заняли их место.
Рис. 37.Космический снимок скопления кокколитофорид в Баренцевом море
Роль фитопланктона очень важна и в цикле углерода, которому в последние десятилетия уделяется повышенное внимание из-за глобального потепления. При строительстве своего тела фитопланктон переводит углерод из растворенной формы в твердую: не только в смысле органического вещества, но и в самом прямом смысле – тела большинства планктонных водорослей имеют твердые оболочки, состоящие из силикатов, карбонатов или органических полимеров типа целлюлозы. Одноклеточные водоросли кокколитофориды, которые строят карбонатный панцирь, – главные фиксаторы СО2 в океане. Они играют колоссальную роль в круговороте углерода и в климатических процессах. Скопления кокколитофорид в поверхностном слое моря могут занимать огромные площади в десятки и сотни тысяч квадратных километров, так что их даже видно из космоса. Оседание твердых скелетов планктона на морское дно в течение тысяч и миллионов лет формирует осадочные породы мощностью в десятки километров.
Морские фотосинтезирующие организмы имеют очень разное происхождение, которое эволюционно сильно отличается от наземных растений. Вообще фотосинтезировать могут представители самых разных царств живых организмов. Когда-то, 2,5 миллиарда лет назад, цианобактерии научились совершать оксигенный фотосинтез, то есть не только получать энергию света, но и выделять кислород. Независимо от этого примерно 2 миллиарда лет назад произошел эндосимбиоз: одна бактерия съела другую, но не переварила, а оставила ее как хранилище ДНК и стала эукариотом. Еще через миллиард лет произошел еще один эндосимбиоз: эукариот съел цианобактерию и стал фотосинтезировать. Эволюция фотосинтетического аппарата, появившегося таким образом у эукариотов, стала развиваться эффективнее, чем у цианобактерий, первичного носителя этой способности. Дальше последовательность событий становится гораздо сложнее.
В обычной клетке фотосинтезирующего организма, например в клетке листа березы, находится несколько наборов ДНК. Первый и главный – это ядерная ДНК, то, что мы подразумеваем, когда говорим о передаче наследственной информации от родителя к потомку. Затем идет митохондриальная ДНК, которая кодирует гены, необходимые для дыхания и энергетических процессов. Митохондрии способны синтезировать некоторые белки для внутренних нужд. Эта ДНК не подвергается половому процессу, она наследуется из клеток матери. У растений, кроме того, есть ДНК в хлоропластах, которая кодирует некоторые белки, необходимые для фотосинтеза. Хлоропласты тоже легко делятся и передаются с материнской клеткой. Стабильность всей конструкции обеспечивает то, что многие гены митохондрий и хлоропластов в ходе эволюции «утекли» в ядро, и одно без другого не работает. Получается три набора ДНК у растений и два набора ДНК у животных. Каждая итерация эндосимбиоза оставляет свой след в виде дополнительной мембраны хлоропласта и остатков ДНК. У
