Исследовательская экспедиция британского Национального океанографического центра




Исследовательская экспедиция проходила на судне "Джеймс Кук" и началась 21 марта 2010 г. в столице Тринидада и Тобаго Порт-оф-Спейн, а закончилась 24 апреля 2010 г. в Монтего-Бэй на Ямайке.

В ходе этой экспедиции в Карибском море были открыты самые глубоководные вулканы. Их жерла, которые называют "чёрными курильщиками", были обнаружены в районе Каймановой впадины на глубине пяти километров. Исследователи из британского Национального океанографического центра запечатлели, как жерла извергают воду, которая, кстати, имеет температуру, способную расплавить свинец.

 

 

Фото 7. Субмарина Autosub 6000 на борту судна "Джеймс Кук".

 

Уже через две недели плавания группа учёных из Национального океанографического центра (NOC, National Oceanography Centre) в британском Саутгемптоне под руководством доктора Дага Коннелли (Doug Connelly) сделала грандиозное открытие. Как оказалось, Кайманова впадина Карибского моря, расположенная между Ямайкой и Каймановыми островами, скрывает уникальную экосистему, включающую самый глубоководный из известных науке действующих вулканов. Его жерло находится на глубине около 5 километров! Как раз здесь проходит граница между двумя крупными геологическими структурами — Северо-Американской и Карибской плитами.

Кайманова впадина сравнительно узкая, но глубокая (7686 метров). Этот участок специалисты называют трансформным разломом, так как плиты здесь постепенно расходятся в разные стороны со скоростью примерно 11 миллиметров в год, а образовавшееся между ними пространство заполняется вулканической магмой, которая извергается из мантии.

Важная находка, сделанная океанологами в Каймановой впадине, — это гидротермальные источники класса "чёрные курильщики". Они самые глубоководные (4960 метров) из всех известных в мире на сегодняшний день.

Механизм образования "чёрных курильщиков" предполагается следующим: холодная морская вода просачивается вниз вдоль трещин в хребтах на глубину примерно до 2 километров. Дальше породы становятся плохо проницаемыми. На такой глубине температура за счёт вулканического тепла достигает иногда плюс 350 градусов, а давление — 250-300 атмосфер.

Частично вода вступает в реакцию с горными породами, но большая её часть в виде мощных, горячих, чёрных, насыщенных углекислотой струй вырывается на поверхность срединно-океанических хребтов. Чёрный цвет "курильщикам" придают сульфиды, сульфаты и окислы металлов, в основном меди и железа. Выделяя тепло, метан и соединения, содержащие серу, эти удивительные глубоководные источники поддерживают существование уникальных сообществ организмов, ранее открытых нашими учёными на научно-исследовательском судне «Академик Мстислав Келдыш» в январе 1987 года в Тихом океане.

На борту "Джеймса Кука" находилась субмарина Autosub 6000 (см. фото 7), способная погружаться на глубину до 6 тысяч метров, которая помогла исследователям составить подробную карту морского дна, изучить химический состав воды и сделать большое число фотографий. Снять глубоководный источник на видео учёным удалось благодаря дистанционно управляемому аппарату HyBIS.

"Мы были потрясены, когда перед нами из темноты предстали жерла "чёрных курильщиков", — вспоминает доктор Коннелли (Doug Connelly) (Копли-?). — Из шпилей высотой в два этажа извергались струи воды огромной температуры, способные расплавить свинец, и всё это происходило на глубине трех миль" (см. фото 8).

 

Фото 8. Струи горячей воды из жерла «чёрных курильщиков» в виде шпилей, высотой с двухэтажный дом.

"Мы как будто оказались на другой планете, — рассказывает геолог Брэмли Мертон, который первым пилотировал HyBIS на гидротермальном поле. — Радужные минеральные конусы вулканов, покрытые флюоресцирующим ковром микроорганизмов, — это незабываемое зрелище".

Изучая флору и фауну вблизи гидротермальных струй, исследователи надеются лучше понять взаимодействие различных форм жизни с окружающей средой и тем самым найти способы сохранения видов, оказавшихся под угрозой вымирания.

Полученные данные исследователи планируют сравнить с имеющейся информацией о других гидротермальных источниках. "Надеемся, наше открытие позволит выявить некоторые неизвестные биогеохимические факторы развития жизни в чрезвычайно плохо приспособленной для этого внешней среде", — говорит участник экспедиции Дуг Коннелли (Doug Connelly) из Национального океанографического центра в Саутгемптоне.

Подобные исследования также позволят учёным понять фундаментальные геологические и геохимические процессы, формирующие Землю.

Кроме того, изучение фауны и флоры гидротермальных источников на дне Мирового океана имеет для человечества и научно-философское, познавательное значение. Многие столетия в науке господствовало убеждение, что Солнце – единственный энергетический источник существования всего живого, как на суше, так и в океане. Сделанные открытия однозначно доказывают, что силы, скрытые в недрах планеты, тоже животворны. Здесь, в отличие от повсеместных на поверхности Земли фотосинтезирующих процессов, господствуют хемосинтезирующие процессы, т.е. это мир хемосинтеза.

В недрах «чёрных курильщиков», таких своеобразных гейзеров на дне океана, температура достигает 400 градусов по шкале Цельсия, а давление – более 250 атмосфер. Возникает вопрос: какая же может быть жизнь при таких термодинамических условиях и в среде, насыщенной сероводородным ядом и тяжёлыми металлами?

Как это ни парадоксально, но не просто может, а, оказывается, может развиваться даже ускоренными темпами. При таких условиях клетки хемосинтезирующих бактерий могут размножаться в 30 раз быстрее, чем при атмосферном давлении и комнатной температуре. Митохондрии таких клеток (они есть и у человека) могут размножаться ещё быстрее, а снятие информационных копий (репликаций) с ДНК осуществляется на несколько порядков быстрее, чем при нормальных условиях. Начало же химической эволюции, - подбор материала для строительства РНК, ДНК и белков может ускориться в сотни тысяч раз, а главное – стать принципиально возможным, т.к. комплементарная пара может дождаться своей половины, что просто нереально в нормальных условиях. Это ускорение позволяет втиснуть десятки триллионов лет эволюции при комнатной температуре в какие-нибудь полмиллиарда лет кипучей жизни в недрах «чёрных курильщиков» и сделать реальными некоторые этапы эволюции, которые никогда не совершились бы при комнатной температуре.

Необходимо пояснить: о каких десятках триллионов лет эволюции идёт речь? Ведь все мы знаем, что Земля существует всего 4.6 миллиарда лет, а вся видимая Вселенная 15-20 миллиардов лет. Но это не гипотеза о другом возрасте Вселенной, это гипотеза о зарождении жизни на Земле, которая возможно существует на Земле около 4.6 миллиарда лет. Но тогда возникает вопрос: как на Земле, которая существует 4.6 млрд. лет, может происходить эволюция дольше? Ответ: не дольше, а быстрее. Оказывается есть на Земле места, где эволюция молекул, требующая десятки триллионов лет, может уложиться всего в полмиллиарда лет. И зачем тогда, спрашивается, говорить о каких то триллионах лет? Дело в том, что такой срок потребовался бы для химической эволюции при пересчёте на нормальные атмосферное давление и температуру, а не при тех, какие мы фиксируем в «чёрных курильщиках».

Здесь имеет также смысл обратить внимание на химический состав горячих гейзерных струй. В них в больших количествах присутствуют кислород, водород, углерод, азот, сера, фосфор и в малых количествах все остальные элементы таблицы Менделеева. Самое интересное, что из недр Земли, кроме атомов и простых молекул, "выплывают" готовые блоки ДНК и РНК - азотистые основания и фосфолипиды, которые, взаимодействуя между собой, время от времени образуют нуклеотиды, т.е. комплементарные пары ДНК и реже - РНК. Комплементарные пары (половинки одной ступени ДНК) находят друг друга при температуре 250-300 градусов в десятки тысяч раз быстрее, чем при комнатной. Удачная стыковка сопровождается синхронным соединением перил (фосфатных групп) между собой. Образуется поперечная диэфирная связь - ключ, помогающий разгадать многие повадки живых молекул. Как только образовалась поперечная диэфирная связь, возникает особая, живая молекула. Особенность её заключается в способности восстанавливать свою структуру при случайном разрушении водородных связей между половинками ступени ДНК. Дело в том, что разрыв водородных связей не разрывает, а всего лишь раздвигает или, как принято говорить, расплавляет ступень ДНК, половинки которой остаются связанными через фосфатные группы. Кстати, случайно раздвинуть ступень ДНК не так просто, т.к. половинки ступени достаточно массивны и раздвигаются только в одном направлении, поворачиваясь вокруг центра атома кислорода, заключенного между двумя атомами фосфора.

Что же происходит дальше? Раздвинутая ступень ДНК ловит своими половинками комплементарные пары, выходящие из недр Земли или образующиеся в жерле "чёрного курильщика". Захватив себе пару, ступень превращается в две одинаковые ступени, т.е. удваивается. Дальше эволюция может пойти по двум различным путям. Либо две ступени, связанные по фосфатным группам разойдутся в стороны (размножение), либо образуется вторая, теперь уже продольная диэфирная связь (первой продольной связью становится в этом случае материнская поперечная связь, с которой все началось). В этом случае мы наблюдаем рост молекулы ДНК. Оба эти процесса полезны, однако, в начале эволюции, живые системы больше размножаются, чем растут. Достигая некоторого уровня развития (в данном случае концентрации одноступенчатых ДНК) молекулы начинают больше расти, чем размножаться. Как ни странно, но это касается всех животных, включая человека. Если температура в недрах "чёрного курильщика" понижается, то доля размножающихся молекул падает, в то время как доля растущих возрастает. Растущие молекулы начинают различаться по своему составу, образуя первые виды одномолекулярных живых организмов. Прародителем таких организмов можно считать аденозинмонофосфат, который в современных организмах выполняет энергетическую и информационную функции одновременно. Число видов быстро возрастает, однако выясняется, что некоторые одномолекулярные оказываются способными ускорять образование нуклеотидов из азотистых оснований и фосфолипидов. а другие - пожирать менее приспособленных одномолекулярных. В дальнейшем аналогичное различие функций ярко проявится у растений и животных. Хитрость механизма одномолекулярных заключается в том, что одноцепочечная спираль ДНК, состоящая из нуклеодтидов, может образовывать комплементарные пары внутри себя (вспомните внутренние связи т-РНК). Если эти комплементарные пары сшивают одноцепочечную ДНК, образуя механизм нападения, то новоявленный хищник начинает охотиться на других одномолекулярных, подрастая и размножаясь за их счёт, т.е. используя готовые блоки, на которые он разобрал своих конкурентов. Господствующий вид одномолекулярных начинает и внутривидовую борьбу, в которой выживает наиболее приспособленный, который сохраняет свою структуру в виде последовательности нуклеотидов, передавая её по наследству. Многие виды не выдерживают конкуренции и надолго (если не навсегда) исчезают с лица "чёрного курильщика". Удачные виды начинают лакомиться не только выходящими из жерла "черного курильщика" нуклеотидами, но и отдельными азотистыми основаниями, самостоятельно доделывая их до нуклеотидов. Для этого к захваченному азотистому основанию нужно приделать фосфолипид с нужной стороны, а если он слишком длинный, то обрезать ему лишнюю часть "хвоста". С этого момента рост и размножение "полиглота" резко усиливается. Дело в том, что вероятность найти фосфолипид произвольной длины гораздо выше, а точное место присоединения к азотистому основанию отсекает неподходящие изомеры нуклеотидов. Через некоторое время появляются "суперполиглоты", которые способны синтезировать фосфолипиды из произвольных углеродных цепочек и фосфорной кислоты. Дальнейшая "всеядность" требует изготовления самих азотистых оснований, которые в современных клетках синтезируются из углекислого газа, соединений азота и других простых молекул. Каждое такое усовершенствование вызывает своеобразный демографический взрыв в недрах "чёрного курильщика". Но, нет предела совершенству. Став всеядными одномолекулярными организмами, они начинают образовывать новые и новые виды, одни из которых могут быть полезны другим. Появляются катализаторы эволюции или одномолекулярные симбионты. Одни из них способны строить жилища, защищающие их самих и их друзей от невзгод и назойливых собратьев. Жилища, похожие на коммунальные квартиры, способствуют подбору уживчивых жильцов, способных разделить между собой обязанности. Появляются молекулы-профессионалы. Профессионализм в создании всевозможных белковых механизмов характеризует сложную молекулу рибосомальной РНК, которая впоследствии войдет в состав митохондрии под именем рибосомы. Отличительной чертой митохондрии является способность совмещать в себе коллектив молекул-профессионалов, которому для жизни требуются лишь простые молекулы в качестве сырья и электронный градиент, преобразуемый ею в универсальный энергоноситель АТФ, используемый всеми земными организмами. Эволюция митохондрий в десятки раз быстрее протекает в утробе чёрного курильщика, чем на поверхности океана, однако митохондрии уже способны путешествовать из тела одного "курильщика" в тело другого. Это важно, если "курение" сократило "жизнь" первого. Внутри общих предков современных клеток и митохондрий эволюция продолжает набирать темп. Совершенствование рибосом и других органелл древней клетки приводит к появлению нового уровня организации: "клетка в клетке", где более крупная и совершенная клетка содержит в себе микроклетки-митохондрии. Новые рибосомы в макроклетке уже не просто присоединяют одну аминокислоту к другой, как в митохондриях, а ориентируют их, согласно третьей букве генетического кода. Это делает клетку более жизнеспособной за счёт ускорения процесса образования вторичной структуры белка, который теперь при нормальной температуре идёт почти также быстро, как самосборка при высокой температуре. Следующий серьёзный шаг, позволяющий покинуть родину, это освоение порфиринового кольца, в частности магнийсодержащего, позволившего в качестве источника энергии использовать солнечный свет.

Возвращаясь к скорости размножения ДНК, отметим, что изменение давления или температуры может приводить к задвиганию и раздвиганию комплементарных пар ступени ДНК. Выходящая из недр Земли вода может гудеть или свистеть, изменяя давление циклически, заставляя молекулы ДНК также жить циклично. Возможно, так развивается жизнь и в глубинах океана, и на планете, и в галактике...

 

4. Строение и питание вестиментифер на дне океанов

Приводимый ниже материал полностью заимствован из статьи Владимира Васильевича Малахова, доктора биологических наук, профессора Московского государственного университета им. М.В. Ломоносова: Вестиментиферы – автотрофные животные (Малахов В.В., 1997), Биология.

Среди зоологических открытий последних лет особое место занимают находка и описание строения и физиологии новой группы морских беспозвоночных - вестиментифер. Вестиментиферы - это класс, входящий в состав типа погонофор. Первые представители погонофор - нитевидные морские черви со щупальцами, обитающие в тонких (толщиной в несколько десятых долей миллиметра) и длинных (несколько десятков сантиметров) трубках, были найдены при глубоководных тралениях в Индийском океане ещё в 1914 году. В то время эта находка не вызвала интереса, поскольку первые представители погонофор были описаны просто как новый род давно известных и обычных морских кольчатых червей - полихет. В последующие годы по мере находок новых представителей этой группы систематический ранг погонофор повышался - сначала до отдельного семейства, отряда, а потом и класса, который получил название Pogonophora (от pogonos - борода и phoros - нести). В 1944 году российский зоолог В.Н. Беклемишев, проанализировавший организацию этих своеобразных организмов, предложил рассматривать их как самостоятельный тип животного царства с единственным классом, который назывался так же, как тип, - Pogonophora.

Подробное исследование организации погонофор предпринял А.В. Иванов, который описал десятки видов погонофор и подробно изучил их внутреннее строение. Конечно, выделение нового типа в середине XX столетия - крупное событие в зоологии, поэтому в 60-е годы о них много писали в научной и научно-популярной литературе. Правда, так и осталось неясной одна из загадочных черт организации погонофор - полное отсутствие у них органов пищеварения (рта, ануса, кишечника). В связи с этим высказывались различные точки зрения на механизм питания погонофор. Одни авторы предполагали, что погонофоры питаются за счет поглощения из внешней среды растворенных органических веществ (аминокислот, сахаров), которые в ничтожных концентрациях присутствуют в морской воде. Такая точка зрения предполагала крайне низкий уровень обмена веществ погонофор, их медленный рост и необычайно большую продолжительность жизни (до нескольких десятков тысяч лет). Другие исследователи считали, что погонофоры обладают наружным пищеварением, которое они осуществляют в полости, образованной собранными в бокал щупальцами (или внутри полости, образованной свернутым в спираль единственным щупальцем). Ни одно из этих предположений не было доказано, и тайна питания погонофор не была раскрыта до начала 80-х годов. Последняя из упомянутых гипотез о механизме питания погонофор до сих пор приводится в российских учебниках зоологии для высшей школы.

Новый этап в изучении погонофор начался со второй половины 70-х годов, когда в рифтовых зонах океана были найдены представители новой группы погонофор - вестиментиферы. Рифтовые зоны - это система трещин, возникших в участках стыка литосферных плит, из которых состоит верхняя мантия Земли. В таких местах сквозь толщу океанической коры просачиваются горячие газы, нагревающие воду до температуры 300-400оC (при высоком давлении на больших глубинах вода не кипит даже при температуре в несколько сот градусов). В этой воде растворено много сероводорода и сульфидов металлов (железа, цинка, никеля, меди), которые окрашивают её в чёрный цвет. Концентрации металлов в горячей воде "чёрных курильщиков" (так их называют из-за мощных потоков горячего сульфидного раствора, напоминающих клубы чёрного дыма) превышают таковые в обычной морской воде в 100 млн раз. Струи этого горячего раствора смешиваются с холодной водой придонных слоев океана, охлаждаются, сульфиды выпадают в осадок и формируют особые конические постройки высотой несколько десятков метров.

Само собой разумеется, что подобные районы всегда были интересны для геологов, так как позволяли воочию наблюдать, как формировались ценнейшие сульфидные руды. Целенаправленные исследования таких гидротермальных оазисов стали проводить только после создания специальных глубоководных управляемых аппаратов - миниатюрных подводных лодок с небольшим экипажем исследователей, способных погружаться на глубины в несколько тысяч метров и собирать образцы грунта с помощью механических манипуляторов.

Чего не ожидали исследователи, так это наличия в рифтовых зонах богатой фауны. На больших глубинах океана, куда никогда не проникает солнечный свет и где вся фауна питается остатками отмерших организмов, падающих из богатых жизнью верхних слоев воды, численность и биомасса животных очень малы. Рифтовые зоны с их горячими вулканическими газами, содержащими большие концентрации сероводорода, тяжёлых металлов и других ядовитых для большинства организмов соединений, казалось, должны быть долинами смерти среди и так не слишком богатых жизнью морских глубин. Однако первые же фотографии, сделанные исследователями через иллюминаторы подводных аппаратов, показали обилие живых существ в составе этих гидротермальных сообществ.

На снимках было видно, что склоны чёрных курильщиков почти до самых вершин покрыты толстым слоем бактерий (сплетения миллиардов бактериальных клеток образуют так называемые маты), способных выживать при температуре до 120оC. В отдалении от устья курильщиков, там, где температура опускается ниже 30оC, на уступах курильщиков были видны сплетения белых трубок гигантских (до 2,5 м) червей с ярко-алыми щупальцами, а в расселинах сидели крупные (30-40 см) двустворчатые моллюски. В зарослях трубок ползали крабы, рядом плавали рыбы, попадались осьминоги - словом, жизнь кипела. Красота и богатство сообществ чёрных курильщиков, резко контрастирующие с бедным и однообразным населением ложа океана, так поразили исследователей, что некоторые из гидротермальных оазисов называются в научной литературе весьма поэтично: "райский сад", "розовый сад" и т.п.

Первые фотографии подводного мира гидротермальных оазисов появились не в научных, а в научно-популярных журналах, и подписи под ними гласили: "Гигантские глубоководные кольчатые черви". Автор этих строк был свидетелем того, как номер американского журнала "Нэшнл джиогрэфик" с первой публикацией о гидротермальной фауне оказался в руках А.В. Иванова. Посмотрев на цветные фотографии белых трубок с красными щупальцами и прочитав подписи, А.В. Иванов уверенно сказал: "Я думаю, что это не кольчатые черви, а погонофоры". Так и оказалось - трубки и торчащие из них щупальца принадлежали представителям особого класса - вестиментиферам, который был включен в тип погонофор. Таким образом в составе типа Pogonophora оказались два класса: собственно погонофоры и вестиментиферы.

Первый представитель гигантских вестиментифер из рифтовых зон Мирового океана - Рифтия (Riftia pachyptila) был описан в 1981 году американским зоологом М. Джонсом. К настоящему времени известно около 15 видов этих животных. На протяжении 80-90-х годов рифтовые зоны стали объектом исследований научных учреждений разных стран, в том числе и Института океанологии Российской Академии наук. Подводные аппараты Института океанологии РАН "Пайсис" и "Мир" собрали богатые коллекции вестиментифер и других представителей фауны рифтовых зон. Эти коллекции позволили автору этих строк вместе с коллегами выполнить серию работ по анатомии и развитию вестиментифер, результаты которых частично использованы и в настоящей статье.

Несмотря на то что вестиментиферы в гидротермальных оазисах были открыты около 35 лет назад, о них всё ещё не упоминается ни в одном российском учебнике или руководстве. Да и в иностранных сводках строение вестиментифер рассматривается очень кратко.

(1. Лобье Л. Оазисы на дне океана. Л.: Гидрометеоиздат, 1990.

2. Галкин С.В. Донная фауна гидротермали бассейна Манус // Океанология. 1992. Т. 32. С. 32-48.

3. Малахов В.В., Попеляев И.С., Галкин С.В. Микроскопическая анатомия вестиментиферы Ridgeia phaeophiale. Сообщения 1-5 // Биология моря. 1996. Т. 22, № 2/6.

4. Gardiner S.L., Jones M.L. Vestimentifera // Microscopic Anatomy of Invertebrates. N.Y.: Wiley-Liss., Inc., 1993. Vol. 12. P. 371-460).

Вестиментиферы - крупные организмы, длина которых варьирует от 5-7 см до 2,5 м. Тело вестиментифер заключено в трубку, материал которой (состоящий из белка и хитина) выделяется специальными кожными железами. Трубка открыта только с одного конца, а другим лрикрепляется к субстрату. Обычно трубки вестиментифер образуют сплетения, состоящие из многих сотен или даже тысяч особей, в которых находят приют множество другий представителей фауны гидротермальных оазисов. Из переднего конца трубки торчит ярко-красный щупальцевый отдел, который при малейшем беспокойстве стремительно втягивается внутрь. Щупальца расположены в несколько десятков ярусов и поддерживаются двумя опорными лопастями, несущими на переднем конце хитиновые крышечки, которыми вестиментиферы могут плотно затыкать вход в трубку.

Следующий отдел тела имеет боковые выросты - так называемые вестиментальные крылья, загибающиеся на спинную сторону. Название этихорганов (от лат. vestimentum - одежда) было положено в основу названия класса Vestimentifera. В вестиментальном отделе располагаются сердце, почки и мозг, от которого вперёд отходят нервы к щупальцам, а назад – парные, брюшные нервные стволы, окаймляющие брюшное ресничное поле, хорошо заметное с поверхности. На заднем конце вестиментального отдела два брюшных нервных ствола объединяются в один. У вестиментифер имеются гигантские аксоны, диаметр которых достигает 60-100 мкм. Два таких аксона выходят из мозга, огибают брюшное ресничное поле и сливаются в один, идущий до заднего конца тела. Гигантские аксоны служат для быстрого проведения нервного импульса от мозга к продольной мускулатуре, за счёт сокращения которой животное втягивается в трубку. Они характерны для многих беспозвоночных, обитающих в трубках и нуждающихся в специальном механизме, обеспечивающем быстрое втягивание в трубку при опасности (гигантские аксоны есть также у кальмаров, где они проводят нервный импульс к мускулатуре, обеспечивающей реакцию бегства за счёт резкого выталкивания воды из мантийной полости).,

Самый длинный отдел тела - туловище. Он содержит массивный орган - трофосому, состоящую из крупных клеток и богато снабженную кровеносными сосудами. В этом отделе у вестиментифер располагаются половые железы. Задний конец тела вестиментифер состоит из множества коротких сегментов с поясками щетинок на каждом из них. За счёт этих щетинок вестиментиферы заякориваются в трубке.

У вестиментифер (так же как у погонофор) во взрослом состоянии нет рта и кишечника. Электронно-микроскопические исследования показали, что крупные клетки трофосомы содержат множество вакуолей с бактериями. Бактерии вестиментифер, обитающих в районах горячих источников, принадлежат к группе сероводородокисляющих бактерий. Они окисляют сероводород до серы и полученную при этом энергию используют для фиксации углекислоты и синтеза органических веществ. Этот процесс носит название хемосцнтеза и характерен для многих видов свободноживущих бактерий, обитающих там, где в.окружающей среде много сероводорода и достаточно кислорода.

В гидротермальных оазисах сероводород поступает из чёрных курильщиков, а кислород - за счёт подсоса холодной и богатой кислородом глубинной воды, окружающей зоны гидротермальных источников. Как же сероводород и кислород достигают бактерий, обитающих в трофосоме в глубине тела? Как оказалось, оба вещества транспортируются кровеносной системой вестиментифер. Сложная кровеносная система вестиментифер содержит две системы капилляров: одну в щупальцах, а другую в трофосоме. Сеть капилляров кровеносной системы проникает непосредственно внутрь клеток трофосомы и при этом так густа, что любую бактерию от ближайшего капилляра отделяет не более двух других бактерий. Гемоглобин вестиментифер соединяется и с кислородом и с сероводородом, при этом сероводород обратимо связывается с белковой частью молекулы, а кислород - с гемом.

Бактерии, защищенные внутри организма хозяина от неблагоприятных воздействий, получают от него сероводород и кислород. За счёт переваривания части бактерий хозяин получает органические вещества, которые служат единственным источником питания вестиментифер. Таким образом, сожительство хемосинтезирующих бактерий и вестиментифер является взаимовыгодным симбиозом.

Открытие симбиотрофного (обеспечиваемого симбионтами) питания у вестиментифер натолкнуло исследователей на мысль, что таким же способом могут путаться и типичные погонофоры, известные задолго до открытия гидротермальных оазисов. В их организме имеется загадочный орган - замкнутый с обоих концов срединный канал. В клетках этого органа были найдены бактерии, что позволило считать срединный канал гомологом трофосомы. Правда, бактерии, найденные у погонофор, принадлежат к другой группе прокариотных организмов - это метанокисляющие бактерии. Они окисляют метан и за счёт полученной энергии синтезируют органические вещества.

Откуда же берётся метан в толще грунта? Оказывается, что в таких высоких концентрациях (около 1 мл на 1 дмЗ грунта), при которых бактерии способны не только существовать, но ещё и кормить хозяина, метан может появиться прежде всего в результате просачиваний из подводных месторождений нефти и газа. Поэтому места обитания погонофор перспективны для поисков подводных залежей этих ценнейших ископаемых. Интересно, что те районы, в которых обитают немногие относительно мелководные виды погонофор (Северное море, прибрежные районы вблизи о-ва Сахалин, Баренцево море), - это как раз районы, в которых уже ведётся добыча нефти и газа или известны их запасы.

Большинство представителей класса погонофор - обитатели больших глубин Мйроцого океана, где пока нефть и газ не добывают и даже не ищут. Современные технологии Пока не рассчитаны на добычу полезных ископаемых с больших глубин, но недалеко то время, когда мелководные месторождения истощатся. Вот тогда погонофоры п укажут нам, где нужно искать нефть и газ на больших глубинах.



Поделиться:




Поиск по сайту

©2015-2024 poisk-ru.ru
Все права принадлежать их авторам. Данный сайт не претендует на авторства, а предоставляет бесплатное использование.
Дата создания страницы: 2019-05-16 Нарушение авторских прав и Нарушение персональных данных


Поиск по сайту: