Будущее Земли. Наша планета в борьбе за жизнь - Эдвард Уилсон

Микроорганизмы вырабатывают и откладывают минеральные вещества. Они расщепляют и выделяют органические химические соединения, которые влияют на рост растений. Они — повсюду, готовые перерабатывать токсичные отходы, поглощать и накапливать энергию солнечного света, соединять воду с углеродом. Они доминируют в основании пищевой цепи. Если выразить эту мысль кратко, жизнь нашей планеты, как когда-то метко заметил микробиолог Роберто Колтер, говоря о биосфере, «определяется невидимым миром».

Мир микроорганизмов заметно выделяется на фоне остальных форм жизни характерным для него генетическим разнообразием. С точки зрения последовательности ДНК у людей и картофеля больше общего, чем у большинства видов бактерий между собой. Биологи не имеют ни малейшего представления, сколько всего видов бактерий существует на Земле. Это значение может измеряться десятками миллионов или, предположительно, сотнями миллионов. В настоящее время отсутствует даже точное определение того, что такое бактерия или архея. А если учесть беспорядочный характер взаимодействия между отдельными организмами, картина становится еще более запутанной. Бактериальные клетки могут получать гены от других клеток, независимо от степени родства, самыми разными способами: собирая фрагменты ДНК из внешней среды, «обкрадывая» ретровирусы в процессе транспортировки ДНК этими квазиорганизмами в клетки более крупных организмов-хозяев и, наконец, участвуя в конъюгации — удивительно сложной операции, в ходе которой две клетки соединяются и обмениваются схожими сегментами ДНК.

Бактериальное разнообразие принципиально отличается от биоразнообразия в мире растений и животных даже по своему географическому распространению. Так или иначе в отношении многих видов бактерий действует принцип, который впервые сформулировал в 1934 г. один из основоположников экологии как науки Лоуренс Басс Бекинг: «Везде есть все, но выбор определяется средой». Смысл этого принципа в том, что многие генетические формы или нечто очень близкое к ним распространены по всему миру, но при этом большую часть времени никак себя не проявляют. Они образуют своего рода банк микробиологического разнообразия. При этом отдельные виды начинают размножаться только тогда, когда этому благоприятствуют условия внешней среды, то есть когда эти условия совпадают с предпочитаемыми, которые закодированы в ДНК. Спящие клетки просыпаются при соответствующем уровне кислотности, наличии необходимых питательных веществ и соответствующей температуре. Такие банки встречаются повсюду на суше и в водной среде. Причем генетические различия проявляются только на больших расстояниях, наверное сравнимых с протяженностью континентов. Такие масштабы являются обычным делом для процесса формирования видов растений и животных.

Более совершенные технологии анализа ДНК позволяют открывать все больше видов бактерий и прочих микроскопических форм жизни. Множество из них находятся прямо у нас перед глазами, но при этом они так малы, что разглядеть их в обычный оптический микроскоп невозможно. Из-за этого их часто не замечают при изучении микробных сообществ стандартными методами.

На данный момент, наверное, самым важным открытием в этой сфере является обнаружение бактерий вида Prochlorococcus marinus. Несмотря на то что впервые их существование было установлено в 1988 г., бактерии Prochlorococcus совсем не редкость. Более того, они являются самой многочисленной группой организмов в тропических и субтропических морях по всему миру. Они обитают на глубине до 200 м, а локальная плотность их популяций достигает свыше 100 000 клеток на 1 мм2. Учитывая, что эти крошечные клетки обладают еще и способностью к фотосинтезу, живя за счет энергии солнечного света, на них приходится 20–40% биомассы всех фотосинтетических организмов в океанах между 40° с. ш. и 40° ю. ш., а также до половины локальной чистой первичной биологической продукции. Таким образом, по крайней мере в теплых океанских водах невидимое обеспечивает жизнь видимого.

Но тут возникает вопрос: если бактерии Prochlorococcus наряду со вторым столь же широко распространенным видом бактерий Pelagibacter ubique являются самыми многочисленными организмами в традиционном понимании, не являются ли они пищей для вирусов, которые меньше их размерами? Ранее среди специалистов бытовало мнение, что такие микрохищники вряд ли многочисленны, а скорее — относительно редки. Однако в 2013 г. благодаря появлению новых методов в стремительно развивающейся сфере ультрамикроскопических исследований было обнаружено, что в среднем в одном литре морской воды содержится несколько миллиардов вирусов. Все они — бактериофаги (дословно — «пожиратели бактерий»). Самым многочисленным оказался вирус HTVC010P. Биологи до сих пор не могут решить, являются ли вирусы полноценными живыми организмами: ведь для размножения они используют молекулярные механизмы своих хозяев. Но если все-таки отнести вирус HTVC010P к этой категории, то придется признать его самым многочисленным видом на Земле.

Но и это еще не все. Да, поглощающие солнечный свет бактерии Prochlorococcus и охотящиеся на них хищники-бактериофаги составляют значительную часть известной нам материи океана. Но, скорее всего, их должны уравновешивать пока еще в большинстве своем не открытые падальщики и хищники, образующие «темную материю». Их также невозможно обнаружить с помощью обычных микроскопов. Судя по всему, эту роль — по крайней мере частично — выполняет чрезвычайно разнообразная группа пикобилифитов. Даже самые крупные из них — не более 2–4 миллионных долей метра в диаметре. В результате подробного изучения одного из видов в 2013 г. был выделен новый тип живых организмов, которому ученые дали название Picozoa. Эти ничтожно маленькие существа питаются коллоидными частицами, перемещаясь рывками в воде при помощи жгутиков. Один из хорошо изученных видов отличается уникальной анатомией, которая не встречается среди других микроорганизмов. Его представители имеют продолговатую форму. При этом половину тела занимает органоид, отвечающий за питание, тогда как все остальные органоиды группируются в другой половине.

Когда исследователи опустились еще ниже, миновав рассеивающий слой на границе света и погрузившись в холодную тьму океанских глубин, перед ними предстал совершенно другой мир рыб, беспозвоночных животных и микроорганизмов. Каждый обитающий там вид приспособился выживать и размножаться на определенной глубине, на которой проходило его формирование.

Еще ниже — и вы внезапно утыкаетесь в нижний слой, который получил причудливо поэтическое, но при этом весьма меткое название «абиссальный бентос». Вы наверняка думаете, что в безликом слое наносных отложений в километрах от необходимого для фотосинтеза света вряд ли найдется место для большого разнообразия форм жизни. Но вы ошибаетесь. Жизнь в абиссальной зоне бьет ключом. Это отличное место для кормления, где основной трофический уровень занимают не растения и фотосинтезирующие бактерии, а падальщики. Эти организмы не гнушаются ничем, набрасываясь на любой труп, любой кусок плоти или кости, любой клочок кожи, любую частичку, пусть даже она не больше кристалла соли, то есть на все, что перепадает им от курсирующих в слоях выше хищных рыб — хаулиодов, пеликановидных большеротов и пр. Среди существ, ищущих себе пропитание на самом дне, встречаются по-настоящему уникальные виды рыб, беспозвоночных и бактерий. Все они ждут, когда сверху к ним опустится разлагающаяся «манна». Они — последние в цепи падальщиков, они — хищники, охотящиеся на падальщиков, и хищники, охотящиеся на хищников, охотящихся на падальщиков в океанских водах. Пищи крайне мало, но экосистема выживает за счет великолепного обоняния обитателей дна. Они способны распознавать самые слабые запахи, исходящие от кусочков пищи, даже в относительно спокойной воде.