Рейтинг@Mail.ru
Поиск
x
National Geographic №195, декабрь 2019
National Geographic Traveler №72, ноябрь 2019 – январь 2020
Это новый сайт National Geographic Россия. Пока мы работаем в режиме бета-тестирования.
Если у вас возникли сложности при работе с сайтом, напишите нам: new-ng@yasno.media
Жизнь планеты

Только добавь планктон

Андрей Журавлев
19 ноября 2011
/upload/iblock/a6a/a6aa384aea9b27cc74cd508eea466479.jpg
Панцирь у динофлагеллят (слева вверху) состоит из гибких органических пластинок, образующих подобие рыцарского шлема. Сегодня по разнообразию и биомассе они сильно уступают диатомовым (остальные на фото).
Фото: Getty Images/Fotobank.com
/upload/iblock/692/692211a84e554f80493fb9dfdafc3b2b.jpg
Клетка у кокколитофорид заключена в ажурную раковинку, состоящую из многочисленных известковых пластинок – кокколитов. Отдельные пластинки очень напоминают сдвоенные, соединенные короткой трубочкой колесики.
Фото: SPL/East News
Кроваво-красные дожди и снега, пугающие обывателей; внушительные меловые утесы и кремнистые скалы; безмятежные облака, парящие в небесной выси, и тропические циклоны, буквально смывающие приморские города и деревни, – все эти разнородные явления обязаны существованием одной мелочи, которую не в каждый микроскоп разглядишь.
О природе тропических циклонов, поднимающих огромные массы атлантической или тихоокеанской воды и обрушивающих ее на ближайшую сушу, любят рассуждать ученые всех специальностей. Почва для споров, несомненно, существует – подобно всякому природному явлению, циклоны зарождаются благодаря стечению тысячи обстоятельств. Поэтому их поведение весьма сложно прогнозировать. И каждый год ученые находят очередную, тысяча первую, причину возникновения этой гигантской воронки.

Так, группа климатологов во главе с Анандом Гнанадесиканом из Национального управления США по океану и атмосфере с помощью компьютерного стимулирования установила: одно из самых грандиозных явлений природы зависит от одного из самых микроскопических, а именно, от планктонных водорослей. Эти свободно парящие в океане одноклеточные растительные организмы, как и их дальние наземные родственники – деревья и травы, развиваются благодаря преобразованию солнечной энергии в пигментах, таких как хлорофилл. Пигменты (в переводе с латыни – «краски») названы так не случайно: вот многомиллиардные скопления планктонных водорослей и придают поверхностным водам океана темную окраску. Если планктон отсутствует, солнечный свет коротковолнового диапазона рассеивается в глубинах, не влияя на температуру вод, а в местах таких скоплений поверхность океана нагревается. Это и есть одно из важных условий для зарождения циклона.
Водорослевый планктон изъял существенную долю двуокиси углерода из атмосферы и способствовал наступлению последнего ледникового периода.
Облака из серы

Ураганы – далеко не единственное явление на планете, за которое отвечают планктонные водоросли. Облака, казалось бы, зависящие лишь от воли ветра, более всего нуждаются в пылинках или капельной взвеси (аэрозоли). Без такой затравки облако само по себе никогда не появится. Четверть века назад американский метеоролог Роберт Чарлсон и английский химик Джеймс Лавлок выдвинули гипотезу (отчасти она уже подтвердилась), что затравкой могут служить капельки органических кислот на основе серы и метана. Эти кислоты образуются в нижних слоях атмосферы при распаде вещества с длинным названием диметилсульфид. Название подсказывает: основу его молекулы составляет ион серы, к которому присоединены две метильные группы (СН3). И хотя органические вещества, как известно, не обязательно создаются организмами, диметилсульфид накапливается именно в процессе роста одноклеточных водорослей. После отмирания живых клеток он попадает в воду и, испаряясь вместе с ней, оказывается в атмосфере. Потому скопления планктонных водорослей в океане являются одновременно районами образования облаков.

Но это еще не все. Есть такое понятие «альбедо», смысл которого скрывается в его латинском корне albus – белый – цвет облаков, а характеризует альбедо способность поверхности отражать падающий на нее поток излучения. Именно благодаря белому цвету облачный покров прекрасно отражает солнечные лучи, а водоросли, таким образом, оказываются важным фактором, влияющим на земное альбедо. Ведь если бы не они, облачный покров был бы тоньше, и солнечное излучение сильнее бы нагревало земную поверхность, а не рассеивалось бы в космосе. А так мы живем при довольно комфортной температуре, в среднем на 1,3 градуса Цельсия ниже, чем было бы без водорослей. Причем, по мере утолщения облаков все меньше солнечной энергии достигает поверхности океана, а, значит, условия роста водорослей ухудшаются, они меньше образуют различных органических веществ, и цикл замыкается. Чтобы стали понятнее масштабы этого явления, скажем лишь, что в пересчете на объемы серы водоросли являются в 1,7 раза более значимым фактором для появления облаков, чем вулканы. И хотя одноклеточные организмы уступают по этому показателю человеческой деятельности (в 8,3 раза), благодаря своему океаническому положению именно они в первую очередь отвечают за формирование облачного покрова.

Красные против зеленых

Состав планктонных одноклеточных водорослей далеко не однороден. Сейчас в общей массе превалируют кокколитофориды, динофлагелляты и диатомовые, причем только первые две группы ответственны за образование серосодержащих соединений. Конечно, самим водорослям эти вещества необходимы совсем не для управления погодой: они нужны для регулирования давления в клетке (чтобы поддерживать ее на плаву); для окисления продуктов обмена веществ и много еще для чего другого.

Различаются водоросли по набору фотосинтезирующих пигментов, архитектуре раковинки, количеству и строению жгутиков. Так, «кокко-лито-фориды», что в переводе с греческого означает «зерна из камня несущие», относятся к золотистым водорослям (по цвету основного пигмента) и имеют два-три жгутика. Это одни из самых мелких живых существ: в литре морской воды может поместиться до 200 миллионов особей этих одноклеточных. Даже организм размером 1 миллиметр выглядит среди них как секвойя на лужайке.

Диатомовые водоросли лишены жгутиков и строят округлые или удлиненные двустворчатые раковинки, похожие на коробочки с крышечками, из опала (легкорастворимой разности кремнезема). Когда клетка размножается бесполым путем, она делится надвое, и одному потомку достается половинка побольше (крышечка), а другому – поменьше (коробочка). Затем потомок, получивший большее наследство, пристраивает к своей половинке еще большую, а маленький, наоборот, меньшую. Так из поколения в поколение одни укрупняются, а другие мельчают, но до определенного предела. В конце концов, чтобы разомкнуть странную цепочку, наследники находят себе партнеров, и у «папы» с «мамой» появляется потомство нормального размера. Диатомовые удивительно живучи и могут размножаться и в горячих источниках, и в Заполярье, придавая снегу красноватый оттенок.
/upload/iblock/8b6/8b6da2226345cc86958551645d84ed11.jpg
SPL/East News Диатомовые («надвое рассеченные») водоросли являются довольно крупными по меркам микромира существами – до 1 миллиметра в поперечнике.


Динофлагелляты (в переводе с греческого «вертящие жгутиком»), используют два своих разных по длине жгутика для активного движения. Именно эти микроскопические (0,005–2 миллиметра) существа, благодаря окраске своих пигментов вызывают восхитительное зеленоватое свечение морской воды среди ночи. Но они же являются причиной губительных «красных приливов», поскольку во время «цветения» динофлагеллят, что теперь нередко происходит в дельтах рек и полузамкнутых морских заливах, загаженных отходами человеческой деятельности, гибнут рыбы, а съедобные прежде моллюски становятся смертельно ядовитыми.

Одноклеточные горы

Не всегда эти три группы водорослей были на первых ролях в океане. Появились они по геологическим меркам сравнительно недавно – в мезозойскую эру и впервые отметились в ископаемой летописи примерно 248 (динофлагелляты), 227 (кокколитофориды) и 205 (диатомовые) миллионов лет назад. Эти водоросли, по словам американского океанографа Пола Фалковски из Университета Ретджерс в Нью-Джерси, совершили «красную революцию», поскольку их предшественники использовали для фотосинтеза зеленые пигменты – хлорофиллы а и b, а не хлорофилл с и каротиноиды, придающие клеткам золотисто-оранжевый или красноватый оттенок.

Сама по себе «красная революция» не удивительна – ведь пигменты, обеспечившие ее, более выгодны для фотосинтеза в тусклых водах океана. Удивительно то, что произошла она довольно поздно. Может быть, океан стал другим? Появившись на свет, новые группы водорослевого планктона просто горы своротили. Вернее, наворотили. Из раковинок диатомовых образовались кремнистые горные породы, а из чешуек кокколитофорид – гигантские залежи писчего мела. Ныне и те, и другие предстают перед нами в виде гор и морских утесов.

Великий перенос

Вместе с раковинками этих простейших на дно океана уходила и часть атмосферного углекислого газа, поскольку, растворяясь в воде, данный газ включается водорослями в обмен веществ. Причем 15 процентов органического вещества, которое образуется из него при фотосинтезе, погружается вместе с отмершими клетками в глубины океана и возвращается обратно лишь через сотни лет. А небольшая часть органики попадает на дно. За десятки миллионов лет эта «небольшая часть» преобразуется в горные породы, которые становятся значительными источниками нефти и газа. Так водорослевый планктон изъял существенную долю двуокиси углерода из атмосферы и способствовал наступлению последнего ледникового периода.

Кроме того, органическое вещество погребалось на дне океана без доступа кислорода, и повышение содержания этого газа в атмосфере оказалось побочным, но очень важным для нас эффектом, связанным с этим процессом. По мере накопления в атмосфере кислорода на Земле появлялись все более совершенные млекопитающие с обменом веществ, требующим больших объемов кислорода, и все более крупным мозгом. Значит, и своим появлением на свет мы обязаны мельчайшим комочкам, плавающим в океане. А ведь они еще и удивительно красивы!