Автор: Jack 26-04-2013 14:35:53

Фауна океанічних гідротермів: з реліктів в молодість

Генетичний аналіз тварин з гарячих океанічних джерел показав, що всі ці види, що вважалися чи не ровесниками найдавніших архей, порівняно молоді.
Багатокілометрові океанські глибини темні, порожні і безживні; по всьому світу - і під життєрадісними помірними широтами, і в обледенілій Арктиці, і під жаркими тропіками - вони однаково сумні. Так думали дослідники минулого. Не маючи можливості заглянути в ці глибини, британський натураліст Едвард Форбс, якому належить перша схема вертикальної зональності океану, в XIX столітті висунув «азойну теорію» про неможливість життя глибше 500 м.
Незабаром, завдяки дослідженням на парусно-паровому корветі «Челенджер», під час яких за допомогою драг були отримані перші зразки грунту з глибоководних районів океану, стало зрозуміло: життя там все ж є. Але, що вірно, воно дуже бідне. 
Щоб як слід вивчити дно і його мешканців, знадобилися надійні морські судна, нові знаряддя відбору проб та підводні апарати, в тому числі пілотовані, оснащені механічними маніпуляторами, фото-і відеокамерами. Переворот в науці стався в 1977 році, коли глибоководний апарат «Алвін» опустився біля Галапагоських островів на глибину 2,5 км у районі гарячих джерел: перед поглядами екіпажу постали чудові підводні оазиси з перш невідомими тваринами. Наступні вишукування показали, що в місцях виходу гарячих розчинів, насичених отруйним сірководнем, метаном та іншими хімікатами, існують дивовижні співтовариства тварин, які харчуються за рахунок хемоавтотрофних бактерій-симбіонтів. Бактерії синтезують органічні речовини, використовуючи енергію хімічних реакцій, де задіяні агресивні компоненти гідротермальних розчинів. Величезні, метрової довжини черв'яки Ріфт містять бактерій-годувальників в особливому органі - Трофосомі, куди кровоносна система хробака доставляє необхідний бактеріям сірководень.
У деяких двостулкових молюсків бактерії живуть у зябрах, які через це стали величезними, червоними і за виглядом нагадують печінку. Глибоководні креветки носять бактерій під панциром, волохаті краби-йєті вирощують їх на густому «хутрі» передніх ніг. Кожен своїм способом, вони «приручили» різні групи хемоавтотрофних бактерій, ростять їх всередині або зовні свого тіла, і для гідротермальних глибоководних тварин це - головне і цілком достатнє джерело їжі. 
Передбачається, що гідротермальні джерела вже існували в древньому океані. Бактерії, що мешкають в гідротермах, і разом з ними археї - без'ядерні одноклітинні організми, здатні до синтезу метану, вважаються найдавнішими з живих організмів нашої планети. Логічно було припустити, що тварини, що живуть в умовах, які існували в древньому океані в симбіозі з одними з найстародавніших істот планети, - теж древні.
Довгий час так і вважалося, що фауна глибоководних гідротерм - це живі копалини. Ілюзію розсіяла молекулярна генетика. За ступенем подібності генів різних організмів можна оцінити, як давно вони розійшлися в ході еволюції. Про результати таких досліджень на лекції в Інституті океанології РАН розповів професор Роберт Врайенхук (Robert C. Vrijenhoek) з Дослідницького інституту акваріума в Монтереї (Monterey Bay Aquarium Research Institute, штат Каліфорнія, США). Його приїзд до Росії став можливим завдяки підтримці фонду «Династія». 
Генетичний аналіз тварин з гарячих океанічних джерел показав, що всі ці види порівняно молоді. Гігантські червоні хробаки Ріфт, яких по першій порі помістили в тип погонофор в якості окремого класу під назвою Вестиментифери, разом з усіма іншими погонофори виявилися всього лише одним з невеликих підрозділів класу многощетінкових черв'яків, і вони виникли менше 60 млн. років тому. Креветки під назвою Рімікаріс (Rimicaris) з'явилися 30 млн. років тому, з двостулковими молюсками Батімодіолусами (Bathymodiolus) - 30-50 млн. років. Єдиний більш-менш древній мешканець гідротермів - равлики з роду Прованна (Provanna), чий вік оцінюється в 120 млн. років. Але ці молюски - виняток: вони населяють не тільки гарячі джерела, а й інші райони океанічного дна, а, крім того, можуть обходитися без симбіотичних бактерій, оскільки мають нормальний кишечник і можуть вживати іншу їжу. У всіх «хемосинтетичних» тварин пращури відомі ще з мезозою, але самі вони виникли набагато пізніше. Роберт Врайенхук вважає, що більшість сучасних таксонів молюсків, багатощетинкових черв'яків і ракоподібних склалися в кайнозойській ері, і що це трапилося після палеоцен-еоценового потепління. Це потепління викликало широке поширення безкисневих умов, просто кажучи, замори в глибоководних районах океану і масове вимирання морських тварин. Досліджуючи геноми Ріфт, Врайенхук з колегами виявили дивовижну схожість між особинами з різних широт. Незважаючи на виразні відмінності в розмірах і формі окремих частин тіла, які зоологи розцінювали як видові відмінності, генетичні відмінності виявилися мінімальними. За зустрічальності рідкісних алелей (кілька відмінних варіантів одного і того ж білка) вдалося виділити всього дві області: одна на північ від екватора, інша - на південь, але і між ними відмінності дуже невеликі.
Схожа історія і з іншою вестиментиферою - Ріджеей (Ridgeia), у якої раніше було описано два виразних види: вони виявилися віковими стадіями, а не видами. У двостулкових молюсків Батімодіолусів, що мешкають вздовж Серединно Тихоокеанського Хребта, теж є дві форми - на північ і на південь від 20 ° південної широти, кожна з них дуже одноманітна, але між формами генетичні маркери показали істотні відмінності. Вони настільки великі, що довелося привласнити формам ранг окремих видів.
Ні зовнішніх відмінностей, ні анатомічних знайти не вдалося - тільки генетичні, зате серйозні. Генетична одноманітність більшості видів, що мешкають в глибоководних гідротермах, незвичайна для організмів з всесвітнім поширенням, на думку Роберта Врайенхука, може бути пояснена нестабільністю місця проживання. Кожне з їх гарячих джерел існує недовго, в одних місцях вони з'являються, в інших - затихають. А що відбувається з їх мешканцями? Діватися їм нікуди, і вони гинуть. Нові гідротермні тварини заселяються завдяки тому, що у всіх цих видів є плаваючі личинки, яких приносять течії. У низці вимирань і розмноження в нових місцях «хемотрофні» тварини постійно проходять через «пляшкові горлечка» - ситуації, коли популяція скорочується до ліченого числа особин з подальшим збільшенням чисельності. Оскільки у «вузькому місці» популяційного циклу генетична різноманітність невелика, нащадки, будучи близькими родичами, теж схожі один на одного. Колись вважалося, що гідротермальні джерела могли бути місцем, де зародилося життя. «Ні, навряд чи, - вважає дослідник. - Це занадто нестабільні системи. І, хоча багато тварин гідротермів здаються конструктивно примітивними, реліктами їх вважати не можна ». З позицій сьогоднішнього дня розширення зон, позбавлених кисню - явище негативне. Воно може відбуватися в результаті великомасштабних змін клімату. Не варто думати, що тваринам, що живуть на глибині в кілометр і більше, зміни клімату на поверхні нашої планети байдужі. Глибоководні «хемосинтетичні» організми не захищені від катастрофічних подій, що відбуваються в освітленій зоні Землі та океану. Навпаки, вони можуть виявитися дуже чутливими до змін температури і течій, які впливають на взаємодію кисневих і безкисневих зон, біля кордону яких живуть ці дивовижні організми.