Одетые в панцирь

Одетые в панцирь

Ботаники много путешествуют. Бродят по белу свету даже те из них, кому, казалось, бы, самой судьбой назначено сиднем сидеть в гербарии среди папок с засушенными растениями. Ездят, конечно, туда, где есть хоть какие-никакие растения.

Но вот не так давно я в Ботаническом институте Академии наук СССР свел знакомство с доктором биологических наук Владимиром Александровичем Николаевым. Сидит он в музее института, в крошечной лаборатории, отгороженный от соседей высоченными шкафами, колдует у микроскопа, который сам оснастил хитроумными приспособлениями. И в разговоре он вскользь упомянул, что дважды побывал в Антарктиде.

— Да откуда в Антарктиде растения?! — вырвалось у меня. — Вы же не туристом посещаете Шестой континент!

— Не забывайте, что я не в общем и целом ботаник. Я альголог!

— Какие же там во льдах водоросли?

— Диатомеи. Самые интересные из всех водорослей! — Он чуть усмехнулся. — Для меня, во всяком случае, поскольку я всецело ими занят. Но вы для начала почитайте о диатомовых, кое-что я могу вам дать, остальное найдете в библиотеках. А потом, если пожелаете, встретимся еще раз и поговорим уже более основательно...

Доктор Николаев не очень преувеличивал, когда говорил мне, что диатомеи — наиболее интересные из всех водорослей. Уже самый их вид восхищает, даже ошеломляет. В отличие от других микроорганизмов диатомеи покрыты панцирем. Природа снабдила одноклеточное создание размером в тысячные доли миллиметра кремневой оболочкой, искуснейше выполненной в виде изящной коробочки с крышкой. Даже специалисты в строгих научных описаниях не могут удержаться от эмоций: «Форма этого панциря настолько разнообразна, затейлива и причудлива, а структура его настолько тонка, изящна и красива, что его можно принять за творение искусного художника. Некоторые диатомеи красотой панциря могут поспорить с ювелирными изделиями изобретательного мастера».

Посмотрите на рисунки, и вы убедитесь, что это так. В натуре ни ювелир, ни художник не могут полюбоваться диатомеями. Чтобы сделать такие вот снимки, надо располагать электронным микроскопом и знать, как с ним управляться.

Выходит, что природа умеет создавать прелестные безделушки? Как бы не так!..

Отдел — диатомовые водоросли.

Подобно сине-зеленым, они обитают повсюду: в Мировом океане и в пресных водах, в болотах, на камнях и скалах, в глубине почвы и на ее поверхности, в снегах и во льдах — но и в горячих источниках, где температура превышает плюс 50 градусов Цельсия.

Систематики объединили диатомеи в триста родов. Видов же насчитывают около двадцати тысяч. Сравнительно с сине-зелеными, возраст которых исчисляется в миллиардах лет, диатомеи — молодые обитатели планеты. Их следы, видимо самые ранние, найдены в отложениях мелового периода истории планеты. Возраст этих отложений — приблизительно сто тридцать миллионов лет. Преобразующая деятельность диатомеи за все это время не прерывалась. Благодаря остаткам панцирей ее нетрудно обнаружить.

Лицезреть диатомеи могут только специалисты, как мы уже знаем. И только специалистам известно, какую роль играют эти изящные создания, которые представляются мне плодом фантазии некоего божества из древнего мира, — какую они роль играют в природе, в общем — планетарном — круговороте веществ...

Планктон (от греческого «планктос» — «блуждающий») — это совокупность мелких и мельчайших организмов, обитающих в океане и в континентальных водоемах и неспособных противостоять течениям. В планктон входят микроскопические водоросли, бактерии, всевозможные рачки, их личинки и так далее. Планктон — начало сложнейшей системы пищевых цепей, которыми связаны все обитатели океана. Если представить ее в виде некоей гигантской пирамиды, то в ее основании — планктон, вершина — хищники. Растительная часть планктона (водоросли) именуется фитопланктоном. С него все и начинается: способные к фотосинтезу водоросли, держась на свету в верхних слоях воды, создают органическое вещество. Диатомовые водоросли — основа фитопланктона, они образуют почти половину всей органической массы океана; они ежегодно поглощают из океана и вовлекают в круговорот веществ примерно 10 миллиардов тонн углерода и 3 миллиарда тонн кремния, из которого построены их панцири. А если взять всю мировую продукцию живого вещества, то из этой массы на долю диатомовых водорослей приходится четвертая часть.

И живые, и отмершие, они — пища. Их питательная ценность кое в чем превосходит наши главные продовольственные культуры. К примеру, содержание белков и жиров в диатомеях выше, чем в хлебных злаках и картофеле. В толще океанских вод диатомеи поедаются многими беспозвоночными. На скоплениях диатомей нагуливаются сельдь, сардины, хамса. Отмирая, водоросли на дне служат пищей для бактерий и беспозвоночных.

Диатомовые любят холодные моря. В кубометре арктических и антарктических вод насчитывают до миллиарда особей — клеток этих водорослей. Известно, что такие северные моря, как Баренцево, изобилуют рыбой и многими другими обитателями океана. Вероятно, такому изобилию способствует достаток пищи — диатомовых водорослей.

Размножаются диатомеи при благоприятных обстоятельствах с устрашающей скоростью. Вычислено: не будь помех, они покрыли бы всю поверхность Земли примерно за семнадцать суток. Любопытна, так сказать, техника их размножения. Как и у других организмов, клетка делится пополам. Делится и панцирь. И тоже честно пополам: дочерняя клетка получает одну цельную створку, вторая вырастает затем заново.

Большая часть дна холодных морей покрыта илами, которые состоят главным образом из панцирей диатомовых водорослей. Они так и названы — диатомовые илы. Длинный полярный день, а также изобилие минеральных солей в морской воде способствуют бурному развитию диатомей. Толщина слоя диатомовых илов достигает местами нескольких сотен метров.

Хорошо известна горная порода диатомит, или горная мука, как ее часто называют. В нашей стране месторождения диатомита, весьма ценного сырья, известны на Дальнем Востоке, на Урале, в Среднем Поволжье, на Кавказе. Диатомит используется в пятидесяти отраслях народного хозяйства. Ценят в нем легкость, пористость и другие весьма полезные свойства. Плитками из диатомита облицован купол всемирно известного собора святой Софии в Стамбуле. Горную муку добавляют к разным сортам цемента. Диатомит используют в качестве фильтра в производстве тканей, в нефтехимии, в пищевой промышленности, в производстве бумаги и антибиотиков. Отделанные диатомитом стены зданий сохраняют тепло и заглушают звук.

Диатомит — тот же диатомовый ил, накопленный за миллионы лет в морях и озерах. Моря отступили, озера высохли, из ила сформировалась горная порода.

Диатомеи не единственные представители мира водорослей, участвующие в преобразовании лика планеты, в накоплении запасов полезных ископаемых. Например, горючие сланцы Эстонии и Ленинградской области сформированы сине-зеленой водорослью с мудреным труднопроизносимым названием «глеокапсоморфа». Она в огромных количествах развивалась в водоемах ордовикского периода, то есть приблизительно пятьсот миллионов лет назад. В Подмосковье открыты особые разновидности углей. Назвали их гумусо-сапропелевыми. Такие же угли найдены на Южном Урале, в Шотландии и в США — в штате Пенсильвания. Угли эти также образованы сине-зелеными водорослями, обитавшими в водоемах карбонового периода — триста пятьдесят миллионов лет назад. Из этих углей гонят деготь самого высокого качества.

С давних пор воображение людей поражают рифы — подводные скалы. Они строятся в Мировом океане вот уже многие сотни миллионов лет. На рифах покоятся обитаемые острова и целые архипелаги. Не все тайны этих сооружений раскрыты. Было известно, что рифы возводятся кораллами — морскими беспозвоночными. В недавнее время выяснилось, что вместе с кораллами над постройкой рифов трудятся также и водоросли, преимущественно красные, зеленые и все те же сине-зеленые.

В Южной Африке, в Трансваале, в породах, относящихся к архейской эре, самой ранней в истории Земли, геологи открыли скопления графита. Оказалось, что графит — не что иное, как остатки колоний водорослей, живших два миллиарда шестьсот миллионов лет назад. Эти водоросли очень близки к сине-зеленым. Что же касается графита, то он благодаря замечательным своим свойствам, например исключительной жаростойкости, находит широчайшее применение в технике, в частности в ракетной, в атомных реакторах.

Во многих районах Земли распространены строматолиты. Это так называемый ковровый камень, имеющий сложную структуру, напоминающую стопки часовых стекол, прижатых друг к другу. Долго не удавалось разгадать, как образовались строматолиты. Наконец дознались, что они созданы более двух миллиардов лет назад водорослями, преимущественно сине-зелеными.

И еще одно, недавнее, открытие. Изучая под микроскопом шлифы — тончайшие срезы — горных пород Канады, ученые обнаружили сохраненные в кремнеземе нити водорослей протерозойской эры. И что особенно интересно — эти водоросли, обитавшие на Земле два миллиарда лет назад, обладали такими же приспособлениями, как и современные сине-зеленые, позволяющими им выжить в условиях, казалось бы, для жизни невозможных.

Да что и говорить, мелок, которым мы пишем на школьной доске, на девять десятых состоит из остатков золотистых водорослей — кокколитофорид...

Но пора нам вернуться к нашим диатомеям.

Моряки, заходившие в разное время в антарктические воды, с давних пор замечали, что почти каждая плавающая льдина, перевертывающаяся от удара об корпус корабля, окрашена с нижней стороны в ржаво-коричневый цвет. В начале текущего века участник германской антарктической экспедиции, натуралист, изучая припайные льды моря Дейвиса, выяснил, что ржаво-коричневую окраску нижней стороны льдин вызывают водоросли. Впоследствии наблюдения над этими удивительными обитателями льдов вели многие исследователи. В 50-е и 60-е годы в советских экспедициях, снаряжавшихся в Антарктиду на дизель-электроходе «Обь», участвовали и альгологи. Николаев, работавший на Шестом континенте позднее, провел там в общей сложности год. Летний сезон 1972/73 года (с декабря по март!) Владимир Александрович провел на советской станции Беллинсгаузен.

В последние годы некоторые биологи, изучающие микрофлору Антарктики, стали погружаться под лед в легководолазных аппаратах. Многочисленные пробы неизменно показывают, что льды населены почти исключительно диатомеями. Например, в пробах, исследованных на кафедре низших растений Ленинградского университета, из пятидесяти видов водорослей сорок восемь оказались диатомовыми.

О том, какой бурный всплеск жизни дают ледовые диатомеи, говорит случай, описанный известным полярным исследователем В. X. Буйницким. В феврале 1959 года, то есть в разгар антарктического лета, когда «Обь» стояла в районе станции Лазарев, налетел ураган. Ветер и волны непрерывно отламывали от припая пласты льда, превращая их в густую ледяную кашу. Когда ураган стих, пассажиры «Оби» увидели, что вся полоса битого льда вдоль кромки припая окрашена водорослями в цвет кофе с молоком.

Удивительно вот еще что. Казалось бы, в морской воде диатомеям, как и всем обитателям океана, живется лучше, чем во льдах. Однако подсчеты свидетельствуют об ином: во льдах диатомей на порядок (в десять раз!) больше, нежели в море.

Но тут есть хитрость, которую мне раскрыл Николаев. Диатомеи живут, оказывается, не в самом льду, а в каналах, заполненных рассолом, который может быть то более, то менее соленым. Такая вода в каналах, находящаяся в льдоподобном состоянии, обладает свойствами сильного биологического катализатора, стимулируя, ускоряя все реакции, связанные с жизнедеятельностью организма. Становится понятным, почему льды так любы диатомеям!

Однако здесь таится и коварство. Пустоты, в которых развиваются диатомовые водоросли, по мере разрастания делают лед менее прочным. Выяснено, что в ряде случаев прочность льда, заселенного диатомеями, в два-три раза меньше прочности льда чистого, свободного от водорослей. Люди, работающие в Антарктике и выгружающие на. припайный лед горы всякого имущества, должны быть поэтому осторожны. Если окажется, что льдина, облюбованная для выгрузки имущества, плотно заселена диатомеями, то вес груза должен быть уменьшен в сравнении с обычным.

На что нужен диатомеям панцирь? Для украшения? Нет. Природа украшательства не знает. Убедительный тому пример — цветок, орган размножения. Яркая раскраска служит ему для приманивания насекомых-опылителей... Для защиты от врагов? Но панцирь диатомеи «по зубам» даже радиолярии, обычно размером не достигающей миллиметра, или кремниевой губке, поедающим диатомеи. Предполагают, что первоначально панцирь защищал диатомею от слишком теплой океанской воды, а ныне спасает от слишком холодной. Но в наше время найдены диатомеи, обитающие в гейзерах Исландии, где температура воды — плюс 85 градусов Цельсия. Кроме того, стенки панциря пронизаны порами, через которые проходит вода со всеми растворенными в ней веществами. Так что он вряд ли может служить защитой от чрезмерного тепла либо холода.

Панцирь диатомеи интересует не только ботаников, но и тех биологов, которые изучают развитие жизни на планете. Дело в том, что диатомовые не похожи на другие водоросли и по химическому составу. Основа жизни на Земле — углерод. Он главный биогенный элемент. Но так было не всегда. В далеком прошлом на Земле господствовали организмы, в которых преобладал кремний. Постепенно, в ходе длительной эволюции он вытеснялся углеродом и кальцием, из которого строится скелет современных животных. У диатомеи все наоборот: они содержат куда больше кремния, чем углерода. И кремний им нужен не только для панциря, но и для размножения. При отсутствии кремния синтез дезоксирибонуклеиновой кислоты, содержащей наследственную информацию организма, замедляется в клетке диатомеи в десять—двадцать раз. Таких кремнийорганизмов в природе — раз, два и обчелся. Они — реликты, остатки далеких эпох. Их изучение может пролить свет на некоторые загадки, связанные с возникновением и развитием жизни на планете.

С какой стороны ни посмотреть, наши диатомеи — интереснейшие создания...

И я ничуть не удивился, когда Владимир Александрович Николаев сказал мне, что собирается в Антарктиду в третий раз.