Не всё растения, что водоросли. Водоросли – вообще понятие крайне абстрактное, к ним причисляли самые разные организмы и даже не обязательно живущие в воде.
Косвенное отношение к растениям и даже водорослям имеют сине-зелёные водоросли, так как они вообще безъядерные прокариоты-бактерии. «Водоросли» они лишь постольку, поскольку живут в воде, имеют условно-зелёный цвет, умеют фотосинтезировать и часто образуют нити. Ныне биологи предпочитают называть их цианобактериями. Они составляют тип Cyanobacteria (синоним – Cyanophyta) подцарства Negibacteria царства Bacteria (Eubacteria). Как и у всех бактерий, у них нет ядра и, конечно, митохондрий, а их ДНК имеет кольцевую форму. Тем не менее, цианобактерии знамениты своей способностью образовывать цепочки из множества клеток – например, прямые у Tolypothrix tenuis и спиральные у Anabaena spiroides – или шарообразные слизистые колонии, как у Nostoc pruniforme. Получается, цианобактерии вплотную подошли к многоклеточности и почти-почти реализовали её, хотя специализация тканей у них так и не возникла.
Nostoc pruniforme
ДЛЯ ПУЩЕЙ ТОЧНОСТИ
Автотрофность – способность добывать энергию из неорганических источников; подразделяется на хемотрофность – добычу энергии из неорганической химии типа железа или серы, а также фототрофность – добычу энергии из солнечного света. Продуценты – существа, способные синтезировать органические вещества из неорганических, почти синоним автотрофов.
Гетеротрофность – способность добывать энергию только из органических источников. Консументы перерабатывают органику в другую органику. Они делятся на уровни: консументы первого порядка потребляют продуцентов (корова ест траву), второго – консументов первого порядка (волк ест корову), третьего – консументов второго (блоха кусает волка); обычно на трёх порядках всё кончается, но цепочка может продолжаться довольно долго, а её звенья – меняться местами (волки могут загрызть медведя, но и медведь может сожрать волка). Редуценты перерабатывают органику в неорганику; это гнилостные бактерии и грибы.
Появились бактерии в целом и цианобактерии в частности на заре времён – в гадее, или катархее. Кем были и как жили первые живые организмы – большой вопрос. Наидревнейшие следы жизни обнаружены там и сям, но всегда в крайне фрагментарном виде. Отложения Нуввуагиттук (Канада, 3,77–4,3 млрд. л. н.), Джек Хилл (Австралия, 4,1–4,4 млрд. л. н.), Исуа (Гренландия, 3,7–3,8 млрд. л. н.) и Кунтеруна (Австралия, 3,515–3,52 млрд. л. н.) сохранили даже не отпечатки клеток, а химические следы в отдельных кристаллах древнейших пород. Скажем, в Нуввуагиттуке исследователи определили жизнь по лёгкому изотопу углерода в карбонатах, гематитовым микроволокнам и трубочкам наподобие тех, что формируют бактерии.
Достоверные прокариоты известны из палеоархея: Онвервахт (Южная Африка, 3,5 млрд. л. н.), Тауэрс и Маунт Ада (Австралия, Пилбара, Варравуна, 3,47 млрд. л. н.). Все они на одно лицо – почти всегда это цепочки из шариков, по которым крайне трудно понять, как они функционировали и каким современным бактериям были родственны в наибольшей степени.
Самое главное качество цианобактерий – фотосинтез, ставший основой всей последующей биосферы планеты. Конечно, аккумулировать внешнюю энергию и синтезировать с её помощью органику из неорганики можно и иначе – хемосинтезом, но условия для фотосинтеза несравненно благоприятнее. Запас подходящих химических элементов для хемосинтеза есть далеко не везде и обычно быстро кончается, а вот солнышко-колоколнышко печёт каждый день гарантированно миллиарды лет подряд. Древнейшие потенциальные следы фотосинтезирующих цианобактерий обнаружены в австралийском местонахождении Дрессер, Норт Поул (Пилбара, Варравуна), с датировкой 3,47–3,496 млрд. лет назад, а более надёжные – в южноафриканских горах Барбертон, в серии Фиг Три с датировкой 3,2 млрд. лет назад. Принципиальное свойство цианобактерий – оксигенный фотосинтез, то есть такой, при коем выделяется свободный кислород. С этого момента жизнь надёжно встала на рельсы и покатилась по ним колесом Сансары: продуценты – фото- и хемоторофы – производят из неорганики органику, консументы перерабатывают одну органику в другую, а редуценты разлагают органику до неорганики. И в основании всего этого праздника жизни – цианобактерии!
Водоросли, даже когда они не совсем водоросли, а вполне себе бактерии, – фундаментальная основа жизни на планете. Весьма трудно оценить, сколько в мегатоннах или же процентах от массы живого составляют цианобактерии, диатомовые и разные прочие недоводоросли и водоросли, – оценки расходятся на порядки, – но очевидно, что их фотосинтез принципиален для выживания всех прочих организмов Земли. Например, один только род Prochlorococcus может выдавать до 5 % всего кислорода, производимого морскими фотосинтетиками, а Synechococcus – до 20 %! В целом же цианобактерии выдают от 20 до 40 % всего кислорода планеты.
САДОВОДУ НА ЗАМЕТКУ
Особенно практически-перспективна спирулина Spirulina (иногда её включают в род Arthrospira), прекрасная своими спиральными колониями-трихомами. Спирулина необычайно продуктивна и в разы эффективнее цветковых растений: её сухая масса на 60 % состоит из полноценного белка со всеми незаменимыми аминокислотами, что превосходит показатели, например, бобовых. В естественных местах произрастания – на озёрах Тескоко в Мексике, Чад в Сахаре и Кукунор в Китае ацтеки, негры и монголы, соответственно, собирали спирулину и делали из неё зелёные лепёшки. Неспроста она оказалась почти незаменимой и для снабжения космонавтов кислородом и едой. Посему марсианские и более далёкие экспедиции наверняка будут держаться на этой прекрасной цианобактерии.
Правда, у всякого процесса бывают минусы. Бесконтрольное выделение кислорода бактериями имело печальные последствия для докембрийской биоты и радостные – для фанерозойской. Кстати, кислород в воды и атмосферу архея и протерозоя добавляли не только бактерии; хитрые тектонические и вулканические процессы приводили к тому же. До поры до времени кислород уходил на окисление железа и всего остального (между делом сформировались крупнейшие месторождения железа в железистых кварцитах – одна из основ нашей нынешней цивилизации), но в некоторый момент его стало слишком много. Часть его поднималась в верхние слои атмосферы и под действием ультрафиолета становилась озоном – и это было хорошо: озоновый слой поглощает самую опасную для РНК и ДНК часть спектра, что снизило частоту мутаций и позволило жить ближе к поверхности воды и донных осадков. А ближе к поверхности воды можно бодрее заниматься фотосинтезом, так что кислорода от этого становилось только больше. Важно, что происходили эти процессы не один миллиард лет подряд!
Процесс шёл, к тому же, рывками, так как факторов было много. Накопление кислорода в воде и атмосфере ускорилось между 2,4 и 2,1 млрд. л. н., причём одновременно по планете расползлись гуронские оледенения, которые, кстати, были частично вызваны тем же кислородом. Дело в том, что проклятый элемент окислял метан, бывший тогда главным парниковым газом. Вместе со слабой светимостью солнца и движениями материков, перегородивших экваториальные течения, это вызвало резкое падение температуры, отчего бактериям-метаногенам только поплохело, отчего метана стало ещё меньше, отчего средняя температура на планете встала на –40 °C! И так не то три, не то четыре, не то шесть раз подряд…
Ко времени 2 млрд. л. н. кислорода на планете стало так густо, что разразилась ужасная катастрофа. Почти все тогдашние жители были анаэробами, для них кислород был ядом. Они и померли. Про это полезно вспоминать, слушая очередные вопли эко-гиперактивистов, пытающихся вызвать чувство вины у людей, которые, дескать, загадили планету и губят её. Все существа своим бытиём уничтожают свою среду обитания, просто с разными скоростями. Протерозойские бактерии делали это медленно, но гораздо эффективнее, чем современные люди. Глобальное вымирание почти стёрло жизнь с лица планеты, но диалектически стало и основой нового бытия. Самые задрипанные отщепенцы прошлого мира, жавшиеся в нижних слоях строматолитовых бактериальных плёнок и вынужденные защищаться от кислорода, которым на них злобно дышали автотрофные бактерии элитарных вышележащих слоёв, научились сначала защищаться от ужасного элемента, а после и использовать его в своих целях. Между прочим, сравнение дыхательных ферментов цианобактерий классов Sericytochromatia, Melainabacteria и Oxyphotobacteria (конечно, иногда их классифицируют совсем иначе) показывает, что они изобрели кислородное дыхание независимо как минимум трижды. И вот тут‐то бывшие неудачники оказались самыми крутыми – они не только выжили, но и смогли выйти на принципиально новый уровень организации. Кислородное окисление – горение – выделяет очень много энергии. В бесконтрольном виде это проблема, а вот в контролируемом – великое благо. Зарегулированное пламя окисления позволило направить бездну сил в быстрый синтез многочисленных сложных молекул. Отсюда был один шаг до эукариотичности, то есть появления клеточного ядра, а оттуда ещё один принципиальный рывок к многоклеточности.
Собственно, ко времени 1,9–2,1 млрд. л. н. возникли эукариоты, а 1,6 млрд. л. н. – многоклеточные.
Также, цианобактерии легко вступают в симбиоз с самыми разными организмами. Очевидным примером служат лишайники Lichenes – существа, половину которых составляет микобионт – гриб (у 98 % – из типа Ascomycota, у 0,4 % – Basidiomycota; плюс на поверхности сидят базидиомицеты Cystobasidiomycetes) или бактерия Actinomycetales, а вторую половину – фикобионт – одноклеточная водоросль (у 85–90 % лишайников; Trebouxia у 70 % лишайников) или цианобактерия (у 10–15 % лишайников; чаще рода Nostoc), или одновременно и водоросль, и цианобактерия. Такой хитрый состав позволяет лишайнику жить в самых суровых условиях: цианобактерии и водоросли фотосинтезируют и производят из неорганики органику, а грибы – разлагают органику до неорганики. Получается идеальная экосистема в пределах одного симбиотического суперорганизма – почти вечный двигатель! Пока красно солнышко поставляет энергию, а вокруг есть углекислый газ и вода, цикл можно гонять безостановочно. Неспроста лишайники первыми появляются на самых нарушенных и безжизненных поверхностях типа отколовшихся скал, а иногда оказываются единственными, кто хорошо себя там чувствует.
ДЛЯ ПУЩЕЙ ТОЧНОСТИ
Сукцессия – процесс изменения экосистемы под действием внутренних причин, вызванных развитием самой экосистемы. Сукцессия может быть первичной, вторичной и циклической.
Первичная сукцессия случается в случае полного разрушения предыдущей экосистемы, когда новая строится с нуля, например, после извержения вулкана на лавовом поле или масштабного обвала скалы, когда обнажаются безжизненные породы. На бесплодных грунтах сначала могут жить только лишайники, так как способны и продуцировать, и редуцировать, то есть создавать органику с нуля и вертеть её в собственном маленьком обороте веществ. Иногда лишайниковый этап задерживается на долгие годы, если не на столетия. За счёт лишайников помаленьку накапливается какой-никакой плодородный слой, а уже на нём прорастают травки следующего уровня, чьи семена обычно приносятся ветром.
Вторичная сукцессия происходит обычно после пожара или наводнения, когда прежняя экосистема нарушена, но что‐то от неё всё же осталось. Много органики, семена и споры, глубоко зарывшиеся личинки сравнительно быстро возрождают биоценоз. Тут лишайники могут оказаться далеко не первыми, поскольку они слишком медленные.
Циклическая сукцессия вертится в колесе Сансары, чаще всего через регулярные пожары. А регулярные они, так как сама экосистема приходит в огнеопасное состояние через накопление сухих трав и веток. Иногда растения-пирофиты даже нарочно выделяют всякие эфирные масла, чтобы всё побыстрее загорелось. Лучшими примерами служат калифорнийский чаппараль или австралийская саванна: каждый год гарантированно появляются новости в духе «Ой, опять пылает Голливуд, бедные миллионеры опять потеряли особняки», «Ой, опять полыхает Австралия, бедные коалы страдают». И правда ведь страдают, только происходит подобное далеко не впервой, а повторяется с мезозойских времён каждый год.
Так или иначе, экосистема возрождается в достаточно строгой последовательности. Первыми, как уже сказано, обычно появляются самодостаточные лишайники, за ними следуют живучие мхи, на них вырастают однолетние травы, затем – многолетние травы, кустарники, мелколиственные деревья, а в конце формируется климаксное сообщество – из широколиственных или хвойных деревьев, которые вырастают на века и стоят до победы – следующего пожара или лесоруба с топором. Понятно, что в разных экосистемах климаксное сообщество застревает на разных уровнях: в ковыльной степи – на ковыле, а в Каракумах – хорошо, если на саксауле; до дубрав и сосновых боров там дело вряд ли дойдёт.
Лишайники в большинстве своём довольно параллельны остальным существам в целом и человеку в частности. В лесах их взаимодействие с деревьями обычно ограничивается комменсализмом-квартиранством, когда лишайник использует стволы и ветви в качестве места жизни, но аккуратно, так что совсем никому не вредит. Некоторые лишайники очень чувствительны к загрязнению среды. Особенно знаменита в этом отношении Usnea – бородатый лишайник, чьи космы очень эффектно свешиваются с древесных ветвей, отчего любимы не только экологами, но и реквизиторами фильмов ужасов.
Гораздо более практичен ягель, или олений мох – несколько родов и видов (самый обычный – Cladonia rangiferina), покрывающих тундры севера Евразии и Северной Америки. Во-первых, ягель задаёт стиль всей тундре, а во‐вторых, служит едой для северных оленей. Без ягеля и оленей была бы невозможна жизнь людей – охотников и оленеводов – на Крайнем Севере. Целые культуры неандертальцев и кроманьонцев держались на северных оленях, а олени – на ягеле.
Usnea
Кроме прочего, ягель обладает бактерицидным действием и спасает оленей от кишечных инфекций. Конечно, аналогично действует он и для людей – и как лекарство, и как добавка к еде. Между прочим, ягель втрое питательнее картофеля! Правда, в нём крайне мало белков и солей, так что бедным оленям приходится грызть сброшенные рога (а порой и несброшенные – на голове соседа), а при случае – жевать леммингов и прочую живность.
А ещё в архангельском городе Пинега в конце XIX и начале XX века из ягеля делали спирт, что, кстати, нехорошо повлияло не только на местных людей, но и на оленей, так как под такое дело крестьяне фанатично сбрили весь ягель в округе, так что рогатым ничего не осталось.
Несравненно специфичнее лишайник Dictyonema huaorani из Эквадора: у индейцев ваорани плохие шаманы ели его, чтобы навести смерть на человека. Лишайник, как выяснилось, содержит немаленький набор всякой химической галлюциногенной дряни – триптамин, 5‐MeO-DMT, 5‐MeO-NMT, 5‐MeOT, 5‐MT и псилоцибин. Одно спасает индейцев – чрезвычайная редкость лишайника: науке он доныне известен по единственному образцу, а сами ваорани, по слухам, находят его раз лет в сорок.
В лишайниках грибы и цианобактерии плотно сплетены, но можно сблизиться и плотнее: гриб Geosiphon pyriformis (из типа Glomeromycota) содержит цианобактерий Nostoc punctiforme внутри своих клеток и так может фотосинтезировать. Фактически, ностоки становятся хроматофорами гриба, но, так как в школьном учебнике сказано, что у грибов нет хроматофоров, а школьный учебник врать не может, то это, конечно, вовсе не хроматофоры, а просто внутриклеточные симбионты. На самом деле, ностоки в геосифоне слишком самостоятельны, чтобы считать их законным органоидом-пластидой, но сути дела это не меняет: фотосинтез идёт.
Конечно, самый значимый случай симбиоза синезелёных водорослей – превращение их в полноценные пластиды – сначала хроматофоры, а после и хлоропласты (версия улучшенная и дополненная). Как конкретно это произошло – точно неизвестно. Возможно, цианобактерии исходно были внутриклеточными паразитами, хотя для фотосинтетиков это было бы довольно странно. По другой версии, какой‐то древний эукариот съел цианобактерию, но недопереварил и поставил себе на службу. Пример подобного в современности демонстрируют археи Prometheoarchaeum syntrophicum, поглощающие бактерий. По третьей – это исходно был нормальный взаимовыгодный симбиоз.
Среди современных цианобактерий максимально похожа на предковую для пластид Gloeomargarita lithophora из солёного мексиканского озера.
Правда, есть альтернативная версия, согласно коей хроматофоры получились не из цианобактерий, а из хлоробактерий типа Chloroflexi (он же Chlorobacteria) аж другого бактериального подцарства Posibacteria; их примером может служить род Chloroflexus. Поскольку превращение бактерий в хроматофоры произошло в докембрии, по строению нынешних пластид их родство определить весьма затруднительно. Очевидно, что за три миллиарда лет и циано-, и хлоробактерии сами должны были существенно поменяться, так что нынешние уже не очень похожи на своих тогдашних предков. А возможно, пращур пластид вообще был и не цианобактерией, и не хлоробактерией, а каким‐то их родственником, аналогов коему в современности и вовсе нет. А ведь существуют и иные фотосинтезирующие бактерии, например, тип Chlorobi (он же Chlorobiota) с самым известным представителем Chlorobium. Между прочим, хлоробиумы фотосинтезируют бактериохлорофиллом, улавливающим, кроме обычного солнечного света, гораздо более тусклое длинноволновое – красное – излучение.
ВЕЛИКИЕ ДЕЛА МАЛЕНЬКИХ СОЗДАНИЙ
Хлоробиумы – сугубо анаэробные бактерии, живущие на дне заморных бескислородных водоёмов. Они симбиотируют с нефотосинтезирующими бактериями: зелёные овальные хлоробиумы снаружи, а палочковидные бесцветные, зато со жгутиком – внутри. С позднего докембрия на планете много свободного кислорода, так что у анаэробных фотосинтетиков не так уж много удобных мест для жизни. Но во времена, когда океанические циркуляции замедлялись, на дне возникали подходящие для них условия, и хлоробиумы могли развернуться в полный рост. В процессе своей жизни они производили метан и сероводород, которые отравляли океан и приводили к массовым вымираниям. Подобное могло происходить в конце перми, триаса и мела и вроде бы даже подтверждается химическими анализами позднемеловых донных отложений.
Так или иначе, фотосинтезом обзавелись и эукариоты, хотя бы и не самостоятельно, а посредством хроматофоров – бывших бактерий, которые, собственно, научились запаковывать энергию Солнца в молекулу глюкозы. Примечательно, что хроматофоры и хлоропласты сохранили кольцевую ДНК и прочие бактериальные особенности и до сих пор обладают заметной самостоятельностью, например, способностью к делению.
Крайне показательно, что обретение пластид эукариотами случилось как минимум дважды независимо.
Особняком от всех стоят Paulinella chromatophora, P. longichromatophora и P. micropora (царство Chromista, подцарство Harosa, инфрацарство Rhizaria, тип Cercozoa): они независимо включили в свою клетку цианобактерию группы Prochlorales (или Synechococcales) вроде современных Prochlorococcus и Synechococcus. Насколько известно, этот путь эволюции пока ограничился тремя видами одного-единственного рода паулинелл (в роде видов очень много, но остальные не занимаются фотосинтезом). Хроматофор паулинеллы имеет втрое редуцированный геном, что лишает его самостоятельности и позволяет называть именно хроматофором, а не симбионтом; с другой стороны, настоящие хроматофоры-хлоропласты прочих водорослей и растений редуцированы ещё в десять раз сильнее. Горизонтальным переносом часть важных генов бывшей цианобактерии и у паулинеллы, и у прочих водорослей-растений перешла в ядерный геном – там им под защитой ядерной мембраны спокойнее. Кстати, по пути в хроматофор паулинеллы приблудились гены бактерии из типа Proteobacteria, максимально родственной современной Nitrococcus mobilis. Примечательно, что ещё один вид паулинелл – Paulinella ovalis – ест цианобактерий и не содержит их в качестве симбионтов, но, тем не менее, успел горизонтальным переносом включить как минимум пару цианобактериальных генов в свой геном. Выходит, что генетическое взаимодействие могло предшествовать морфологическому.
Показательно, что известны случаи переноса генов из пластиды в ядро, из митохондрии в ядро, из ядра в митохондрию и даже из митохондрии в пластиду, но гены никогда не переносились из ядра в пластиду.
Второй вариант симбиоза цианобактерий с эукариотами оказался несравнимо продуктивнее – от него произошли все остальные ядерные фотосинтетики. Первыми в симбиоз с бактериями вступила какая‐то водоросль – общий предок глаукофитов, красных и зелёных водорослей. После зелёные водоросли плавно эволюционировали в нормальные растения, а на основе и зелёных, и красных водорослей вторичным эндосимбиозом неоднократно возникали всё новые и новые эукариотические фотосинтетики. Вторичный эндосимбиоз – это когда какой‐то зверёк поглощал уже эукариотическую водоросль с бактериальным хроматофором, образуя матрёшку. Более того, могли реализовываться либо повторный вторичный эндосимбиоз – включение в состав клетки, в которой уже есть водоросль, ещё одной водоросли, либо даже третичный эндосимбиоз – когда организм, уже имеющий пластиду, создавал ещё одну супер-пластиду из того, кто нёс в себе водоросль, которая имела хроматофор из бактерии.
Простейший вариант таких шашней – вторичный эндосимбиоз родственников паулинеллы хлорарахниофитов Chlorarachnea (они же Chlorarachniophyta; из типа Cercozoa), например, Chlorarachnion reptans. Они включили в свой состав зелёную водоросль, от которой остались её мембраны (хлоропласт в итоге четырёхмембранный: мембрана-вакуоль хлорарахниофита, мембрана водоросли и две бактериальные мембраны бактерии) и даже редуцированное ядро водоросли – нуклеоморф.
О РОДСТВЕННИКАХ
Можно также помянуть, что родственный церкозоям тип Retaria, хотя и не замечен в фотосинтезе, также немало отметился в истории планеты и человечества. Фораминиферы подтипа Foraminifera прекрасны тем, что создают раковины из CaCO3, а иногда склеивают их из песчинок. Фораминиферы – одни из главных руководящих ископаемых, помогают геологам различать и датировать древние морские отложения. Также, они чудесны своей способностью вырастать до немыслимых для одноклеточных размеров: ископаемые Nummulites millecaput достигали до 16 см в диаметре, неописанные (так как никто ещё не придумал, как бы достать их на поверхность целыми) современные представители Monothalamea (они же Xenophyophorea) из Марианской впадины – до 10 см (они также уникальны запредельным и смертельным для всех других существ содержанием свинца, урана и ртути; если бы понять, как они при этом не дохнут – мы станем чуть более бессмертными), а шотландские Syringammina fragilissima – до 20 см диаметром! Можно добавить, что египетские пирамиды построены из эоценового нуммулитового известняка, образованного нуммулитами Nummulites gizehensis. Местами на камнях Гизы отлично видны бесчисленные круглые блинчики этих фораминифер.
Сами фораминиферы гетеротрофны, но многие представители надсемейства Soritoidea вступают в симбиоз с самыми разными фотосинтетиками – цианобактериями, динофлагеллятами Symbiodinium microadriaticum, Gymnodinium vertebralis, G. rotundatum и Amphidinium, диатомовыми водорослями Amphora, Nitzchia и Fragilaria, красными водорослями Porphyridium и зелёными водорослями Chlamydomonas provasolii и Сh. hedlei. Водоросли поселяются прямо внутри клеток фораминифер. Один вид фораминифер запросто может в разных местах и условиях симбиотировать с разными водорослями.
Большинство радиолярий подтипа Radiozoa (или Radiolaria) строят раковины из SiO2 (а представители класса Acantharea – из Sr2SO4), так что из их скелетиков складывались радиоляриевые илы, которые потом прессовались в радиоляриевый кремень, который через миллионы лет служил нашим предкам для изготовления орудий (например, в пещере Теопетра в Греции). Кроме прочего, панцири радиолярий чисто эстетически прекрасны своей завораживающей ажурной геометрией. Неспроста таблицы с радиоляриями стали главными украшениями уникальной книги Э. Геккеля «Красота форм в природе».
Другой известнейший пример – жгутиконосцы. По одной из классификаций живого они представляют собой тип Euglenozoa из подцарства Eozoa царства простейших Protozoa. Они имеют совсем мало отношения к растениям, кроме того, что их способность к фотосинтезу была достигнута вторичным эндосимбиозом, когда их предки наглотались зелёных водорослей. От водорослей, правда, осталось совсем немного, лишь мембрана (и та, возможно, является вакуолью жгутиконосца, ещё две мембраны цианобактериальные; хроматофор в сумме трёхмембранный) и никаких ядер. Самый известный жгутиконосец – эвглена зелёная Euglena viridis: она содержит много хроматофоров и прекрасно фотосинтезирует. Ежели она надолго оказывается в темноте, то бледнеет и начинает питаться всасыванием питательных веществ просто поверхностью тела. Эвглена может даже полностью и навеки потерять хроматофоры. Такое происходит как индивидуально внутри вида, так и на уровне разных таксонов. Например, в редуцированном хроматофоре Eu. longa геном вдвое меньше, чем у Eu. gracilis, причём в нём сохранился лишь один ген, связанный с фотосинтезом.
О РОДСТВЕННИКАХ
Примерно две трети видов эвгленовых утеряли автотрофность и питаются исключительно гетеротрофно. Например, Peranema не умеет фотосинтезировать и хищничает, ловя в числе прочих эвглен. Некоторые и вовсе стали злыми паразитами. Например, Leishmania tropica и L. donovani заселяются в клетки даманов, грызунов, собак и людей и вызывают два варианта крайне неприятного лейшманиоза – пендинскую язву, при которой на коже появляются долго незаживающие язвы, и кала-азар, от которого вообще немудрено умереть. Переносится лейшманиоз москитами рода Phlebotomus. Показательно, что стадия, живущая в комарах, имеет жгутики, а внутриклеточная человеческая – уже нет.
Ещё хуже Trypanosoma brucei gambiense – возбудитель сонной болезни. Его переносят мухи-цеце рода Glossina. Сонная болезнь широко распространена в тропической Африке и мощнейшим образом повлияла на историю континента. Болезнь несмертельна для местных антилоп, но фатальна для людей. Обидно, что человек – зверь африканский, но иммунитета к африканской болезни не имеет. Африка велика, вероятно, мы эволюционировали в более высоких и засушливых районах, а трипаносомозы характерны для низких влажных областей; неспроста большая часть ископаемых предков людей найдена в Эфиопии, Кении и Танзании на высоте не ниже тысячи метров над уровнем моря, а сонная болезнь более чем в 80 % регистрируется в Конго. Когда же люди расплодились и распространились, они начали массово страдать.
Более того, от сонной болезни гибнут коровы и лошади – они были одомашнены в Евразии, отчего и не имеют устойчивости к трипаносомозам. В итоге, на огромных пространствах Африки долгие тысячелетия культуры не могли эффективно развиваться. Мясо приходилось добывать охотой, что неэффективно для больших обществ, а транспортировать грузы оставалось только на человеческих плечах, что также слишком расходно – людей задействуется много, а толку от них мало. Носильщик поднимет не так уж много, а на большое расстояние сможет перенести преимущественно своё пропитание, так что польза от него не ахти какая.
Эвгленовые в базовой версии оборудованы двумя жгутиками, часто сильно разного размера, причём один направлен вперёд и работает как тянущий пропеллер, а второй – назад и служит рулём. У эвглены снаружи виден лишь один жгутик, а второй очень маленький и находится почти целиком внутри клетки, рядом с красным светочувствительным глазком. Кстати, обычно люди, глядя на картинки с эвгленами, интуитивно считают, что жгутик сзади, как хвостик у мышки, но нет! – эвглена – не мышка! У паразитов жгутики могут вовсе исчезать.
Особенно богато на вторичные и третичные эндосимбиозы царство Chromista (сюда же, кстати, относятся и паулинеллы, и хлорарахниофиты). Для начала его предки вторичным эндосимбиозом поглотили какую‐то красную водоросль, а после пошли вразгул кто во что горазд. Царство делится на два подцарства – Hacrobia (оно же Haptista) и Harosa. В первом два типа фотосинтезируют – криптофитовые водоросли Cryptista (они же криптомонады Cryptomonada, или Cryptophyta) и гаптофитовые водоросли Haptophyta.
Криптофиты Cryptista сохранили ядро первичного симбионта – красной водоросли; у пластиды четыре мембраны: вакуоль криптофита (которая соединяется с внешней мембраной собственного ядра и одновременно по совместительству является эндоплазматической сетью с прикреплёнными к ней рибосомами), мембрана водоросли и две бактериальные. Некоторым криптофитам показалось мало иметь собственный хлоропласт, они дополнительно включают в себя симбиотических цианобактерий, которые придают им сине-зелёный оттенок (вообще, цвет криптофитов бывает самый разный – и красный, и золотистый, и зелёный). С другой стороны, несмотря на, казалось бы, очевидную пользу фотосинтеза, некоторые криптофиты потеряли его: Cryptomonas paramecium вторично гетеротрофен. Внешне криптофиты очень похожи на эвгленовых, только оба жгутика почти одного размера и направлены вперёд.
Гаптофиты Haptophyta тоже имеют четырёхмембранные хлоропласты, и тоже внешняя мембрана хлоропласта с рибосомами переходит во внешнюю мембрану ядра, только вот никаких лишних водорослевых ядер тут уже нет. У гаптофитов два жгутика, между которыми прилагается гаптонема – странный вырост, вроде бы нужный для захвата пищи.
Совсем особняком стоит гаптофитовая водоросль Braarudosphaera bigelowii: она включила в себя эндосимбиотическую цианобактерию Candidatus Atelocyanobacterium thalassa и сформировала из неё нитропласт – особую азотфиксирующую органеллу. Как и в случае с митохондриями и пластидами, уровень взаимодействия тут очень высокий: браарудосфера производит белки, необходимые для жизни своего нового органа; нитропласт уже совсем не может жить сам по себе, так что это уже не симбионт, а полноценная органелла. Азотфиксация – замечательный процесс, без него жизнь невозможна. Тем удивительнее, что заниматься им умеют далеко не все, и даже мало кто симбиотирует с теми, кто умеет. Самым известным примером взаимодействия азотфиксирующих бактерий с растениями являются бобовые с их клубеньками, но гаптофиты вышли на совершенно новый уровень.
Самое замечательное свойство гаптофитов – чешуйки-кокколиты, образующие вокруг клетки панцирь-коккосферу. Эти чешуйки сыграли монументальнейшую роль в нашей эволюции. Большинство гаптофитов – кокколитофориды класса Coccolithophyceae (они же Prymnesiophyceae). Их кокколиты сделаны из CaCO3. Миллионы лет гаптофиты строили свои панцири, гибли и опускались на дно морей. Отлагались гигантские толщи мела.
БОТАНИЧЕСКИЕ ИСТОРИИ
Кстати, всяческие римляне и викинги-норманны, подплывая к Англии, первым делом видели эти монументальные белые обрывы, откуда и взялось название Альбион (без сомнения, туманный), так как «albus» – белый. Между прочим, по этим же английским отложениям был назван меловой период, а на окаменелостях из них в XIX веке выросла наука палеонтология.
Эта микроскопическая на уровне отдельных клеток и вместе с тем титаническая на уровне геологических и планетарных масштабов деятельность имела грандиозные последствия. Для начала в процессе синтеза карбоната кальция в воздух выделялся углекислый газ. В краткосрочной перспективе это вызвало парниковый эффект и, соответственно, потепление в первой половине мелового периода. В долгосрочной же перспективе огромное количество углерода откладывалось мёртвым грузом, так что содержание углекислого газа в атмосфере в итоге понизилось, что выразилось в похолодании под занавес мезозоя. К тому же кислотность океана росла, что радикально сказывалось на планктоне, в том числе на самих кокколитофоридах. Водоросли начали гибнуть, что обернулось повышением щёлочности океана, а на самой границе мезозоя и кайнозоя кислотность опять резко усилилась. Чтобы мало не показалось, всё это сопровождалось падением астероидов Чиксулуба и Шивы, а также извержениями мегавулканов – деканских траппов, привносивших свой апокалиптический шарм в творившийся уже сотни тысяч лет бардак. Такие пертурбации не могли не сказаться на биосфере. Случилось масштабное вымирание. В морях исчезли 43 % видов всех тварей, в том числе аммониты, двустворчатые моллюски иноцерамы и рудисты, морские рептилии, сильно пострадали белемниты, радиолярии, фораминиферы и одноклеточные водоросли. На суше вымерли динозавры, птерозавры, энанциорнисы и конфуциусорнисы. Это вымирание отнюдь не было самым массовым; на фоне ордовикского, девонского, пермского и триасового оно даже как бы и не серьёзное. Однако для нас – приматов – именно оно стало определяющим.
Исчезновение конкурентов и хищников, освобождение огромного числа экологических ниш дали огромный шанс выжившим, в том числе первым приматоморфам – нашим предкам.
В последующем толщи мела в зонах океанических разломов мало-помалу погружались в магму и переплавлялись. Углекислый газ высвобождался и возвращался в атмосферу, отчего стартовал новый виток парникового эффекта, мощнейшее потепление первой половины палеогена и защелачивание океана. Обилие тепла и углекислого газа создало отличные условия для роста тропических лесов, в которых отлично себя чувствовали приматоморфы. К середине эоцена – около 45 миллионов лет назад – приматы дошли до состояния настоящих обезьян, то есть, строго говоря, самый ответственный этап своей эволюции; до появления разума оставалось всего ничего – тонкости-детали. Так кокколитофориды создали из недоземлероек нас. Они и ныне живут в океане, так что не исключено: пройдёт сотня-другая миллионов лет, и история может повториться.
В родственном типе солнечников Heliozoa (они же Centroplasthelida и Centrohelida) фотосинтеза большей частью не наблюдается, но представители рода Meringosphaera (виды M. aculeata, M. mediterranea, M. spinosa и M. tenerrima) воруют чужие пластиды, то есть занимаются клептопластией. Они проглатывают и переваривают водорослей, причём разных в разные сезоны, в том числе из класса силикофлагеллат Dictyochophyceae (из типа охрофитов Ochrophyta) и каких‐то пока неопознанных, а их хроматофоры оставляют себе. Как минимум 22 гена фотосинтеза горизонтальным переносом уже переехало в геном мерингосфер.
Второе подцарство царства Chromista – Harosa – ещё богаче на сверхспособность фотосинтеза. Про специфическое инфрацарство Rhizaria с его независимыми первичным и вторичным эндосимбиозами уже говорилось, но и другое инфрацарство Halvaria не отстаёт в своей причудливости. Все гальварии получили хлоропласт путём вторичного эндосимбиоза с красными водорослями, но на этом совсем не остановились.
В надтипе Alveolata инфузории типа Ciliophora потеряли хлоропласт, но некоторые пытаются снова обрести. Особенно показательны инфузории класса Litostomatea: Mesodinium pulex и M. pupula чисто гетеротрофные; M. chamaeleon поглощают криптофитов и удерживают их внутри себя, пользуясь фотосинтезом, а через несколько недель переваривают; на следующем уровне Myrionecta rubra (она же Mesodinium rubrum) поглощают криптофитов и переваривают их (даже несмотря на отсутствие постоянных цитостома и цитофаринкса – клеточных рта и глотки у инфузории), но продолжают пользоваться их хлоропластами.
Инфузория Pseudoblepharisma tenue (класс Heterotrichea) имеет сразу двух симбионтов: зелёного – хлореллу Chlorella и красного – пурпурную бактерию Thiodictyon intracellulare (Chromatiaceae); получается тройной эндосимбиоз (и не надо путать его с третичным!).
Инфузория Paramecium bursaria (ближайшая родственница всем известной инфузории-туфельки) симбиотирует с зелёными водорослями зоохлореллами Zoochlorella.
Дальше всех зашли инфузории отряда Odontostomatida класса Plagiopylea, не только заселившие в себя эндосимбиотических гамма-протеобактерий Candidatus Azoamicus ciliaticola и Candidatus Azoamicus soli, но и сделавшие из них полноценные пара-митохондрии. Бактерии производят АТФ, причём с использованием не кислорода, а нитратов, так как живут они глубоко на дне, где совсем нет кислорода, а нитратов хватает. Бактерии потеряли большую часть своего генома, в том числе гены построения мембраны и клеточной стенки, синтеза витаминов и аминокислот. А инфузории, в свою очередь, потеряли нормальные митохондрии, от которых остались лишь гидрогеносомы и обрывки митохондриальных генов. Поиски близких родственников в метагеномных базах данных показали, что подобных существ, видимо, довольно много: похожи симбиотические с инфузориями-одонтостоматидами бактерии Candidatus Azoamicus viridis, Candidatus Azosocius agrarius и Candidatus Azosocius aquiferis, кои, впрочем, используют не нитраты, а кислород.
Судьба одонтостоматид полностью повторяет эндосимбиоз архей и альфа-протеобактерий, случившийся в далёком докембрии и создавший эукариот с митохондриями.
Родственный инфузориям тип миозоев Miozoa чрезвычайно богат и контрастен. Главные фотосинтетики в нём – панцирные жгутиконосцы-динофлагелляты надкласса Dinoflagellata (они же Dinophyta и Peridinea). Их панцирь сделан из целлюлозы и белков, что палеонтологически-печально, так как эти вещества не сохраняются в ископаемом виде; впрочем, по специфическим химическим следам динофлагелляты предполагаются с протерозоя или кембрия, по цистам известны как минимум с перми, а для мезозоя и кайнозоя являются руководящими ископаемыми. Странное ядро динофлагеллят получило специальное название динокарион (он же мезокарион): хромосомы в нём всегда конденсированы, даже в интерфазе, а хроматиновые белки имеют вирусное происхождение и совсем не похожи на нормальные гистоны. ДНК у динофлагеллят невероятно много – от 3000 до 215000 миллионов пар оснований в гаплоидной стадии, тогда как у человека – 3180 в гаплоидной версии. Всё это богатство упаковано в однообразные хромосомы, каковых может быть от 4 до 600. Закономерно, что и процентное содержание генома в клетке рекордное. Зачем им столько – непонятно!
Для фотосинтеза у динофлагеллят есть зелёный хлорофилл и красный перидинин, содержащиеся в трёхмембранных хлоропластах, исходно обретённых в виде красной водоросли вторичным эндосимбиозом. Но на этом они не успокоились и поставили клептопластию на новый уровень.
Начинается всё с малого: динофлагелляты-ночесветки Noctiluca miliaris и N. scintillans вполне гетеротрофны и могут питаться диатомовыми водорослями, яйцами и личинками планктонных рачков и даже икрой рыб. Но при некоторой удаче они включают в свои вакуоли зелёных водорослей Pedinomonas noctilucae (из класса Pedinophyceae) в качестве симбионтов, зеленеют и становятся полностью автотрофными. А ещё ночесветки светятся по ночам дивным синим цветом. А ещё, по некоторым данным, между их делениями может проходить до 50 лет – это очень много для одноклеточных существ!
Динофлагелляты Lepidodinium chlorophorum и L. viride совершили повторный вторичный эндосимбиоз с зелёной водорослью Pedinomonas minor (из класса Pedinophyceae), от которой осталась и мембрана, и ядро, но у которой генетический аппарат уже заметно редуцировался. Cвой красный хлоропласт лепидодиниумы потеряли.
На более высоком уровне, Dinophysis caudata и многие другие виды этого рода едят инфузорий Myrionecta rubra, которые до этого съели криптофитов Teleaulax amphioxeia. Таким образом криптофитовые пластиды оказываются в динофлагелляте; криптофитовое ядро, которое ещё сохраняется в инфузории, динофлагеллята переваривает за ненадобностью.
Далее заходят динотомные динофлагелляты Durinskia baltica, D. oculata, D. agilis, D. capensis, D. kwazulunatalensis и Kryptoperidinium foliaceum, представляющие собой матрёшки, собранные третичным эндосимбиозом с диатомовой водорослью. D. capensis удерживают диатомовых всего на пару месяцев, тогда как D. kwazulunatalensis захватили их навсегда, лишив клеточной стенки, самостоятельности и способности произвольно делиться (но при делении дуринскии бывшая диатомея тоже синхронно делится). Ядра диатомей при этом модифицируются – сначала в вытянутую форму, а потом в несколько круглых ядер. По итогу получается, что динофлагеллята захватила диатомовую водоросль типа Phaeodactylum tricornutum, которая ранее захватила эукариотическую красную водоросль, которая имела прокариотного симбионта-хроматофор. Свои ядра и митохондрии есть и у динофлагелляты, и у диатомеи. Новообретённый на базе диатомеи хлоропласт в итоге имеет пять мембран! В нём содержатся несколько типов хлорофилла, а заодно типичный для диатомей фукоксантин. Уже имевшийся красный хлоропласт динофлагелляты тоже никуда не делся, только уменьшился и стал трёхмембранным красным глазком с перидинином. Динофлагелляты Peridiniopsis (например, P. penardii и P. jiulongensis) тоже сделали пластиду из диатомеи, только уже четырёхмембранную; у них также сохраняется трёхмембранный красный глазок.
На высшем уровне клептопластии располагаются Karlodinium veneficum, K. micrum и другие виды этого рода, а также Karenia brevis и десять близких видов этого рода. Они совершили третичный эндосимбиоз с гаптофитами, получив от них жёлто-зелёные хлоропласты, но потеряв собственный красный хлоропласт, от коего не осталось ничего, кроме некоторых генов в ядре. От ядра гаптофитов тоже ничего не остаётся. В итоге карения не имеет перидинина, типичного для динофлагеллят. Зато она выделяет бревитоксины и травит океан; при массовом размножении случаются ужасные красные приливы с массовой гибелью рыбы и всех прочих морских жителей.
О РОДСТВЕННИКАХ
Два десятка видов динофлагеллят стали паразитическими и вредят водорослям, гидрам-сифонофорам, рачкам и рыбам, а потому многие из них потеряли фотосинтез. Удивительнее, что не все паразиты распрощались с автотрофностью. Например, Dissodinium, Blastodinium и Schizodinium паразитируют на яйцах рачков-копепод и при этом имеют хлоропласты.
Как обычно бывает в природе, разница между паразитизмом и симбиозом очень туманна. Многочисленные виды рода Symbiodinium и нескольких других близких к нему (Breviolum, Cladocopium, Durusdinium, Effrenium, Fugacium и Gerakladium) вступают в симбиоз с самыми разными морскими животными, в которых их обычно называют зооксантеллами. Зооксантеллы проникают внутрь клеток кораллов или в межклеточное вещество моллюсков и обмениваются с хозяином продуктами фотосинтеза. Для сохранности зооксантелл из вакуоли хозяина образуется пузырёк-симбиосома. Во многих случаях взаимодействие становится принципиальным для жизни обоих участников, так что это уже не просто симбиоз, а настоящий мутуализм, то есть взаимодействие, когда оба организма уже никак друг без друга не могут обойтись. Правда, иногда зооксантеллы могут разбуяниться и, напротив, вызвать массовую гибель кораллов.
Родственники динофлагеллят – cпоровики надкласса Sporozoa – удивительны по‐своему. Они паразиты, им фотосинтез не нужен, так что бывший хлоропласт стал четырёхмембранным апикопластом, который синтезирует жирные кислоты и изопреноиды. Но и тут можно найти переходы: родственная споровикам водоросль Chromera velia имеет рабочий фотосинтезирующий четырёхмембранный хлоропласт, отчего выделяется в отряд Chromerida класса Apicomonadea или даже в отдельный тип Chromerida.
Грегарины класса Gregarinomorphea (они же Conoidasida) стали паразитами беспозвоночных. Некоторые их представители сделали неплохую попытку обрести многоклеточность, неспроста некоторые систематики выделяют их в группу Septatorina. Их исходно червеобразная клетка делится на три отдела: передний эпимерит – аналог сколекса ленточных червей для цепляния за стенку кишечника хозяина, средний протомерит похож на переднеспинку насекомого, а задний вытянутый дейтомерит – «брюшко» – содержит ядро. У Taeniocystis mira дейтомерит делится ещё на дополнительные отделы.
Самые вредоносные споровики – кокцидии класса Coccidia, видимо, когда‐то тоже имели хлоропласты, но потеряли, так как паразитам фотосинтез не нужен – их и так неплохо кормят. Самые известные споровики – токсоплазма и малярийный плазмодий.
Toxoplasma gondii последовательно паразитирует в кошках и мышках. Постоянным хозяином является кошка, в которой токсоплазмы размножаются половым путём. Потом кошка гадит, и мышка заражается от этих нечистот. Токсоплазма поражает мозг мышки, так что та становится безумно-бесстрашной и бежит на открытое пространство, свет и запах кошки. Кошка этому очень рада, и цикл повторяется. Проблема случается, когда в роли мышки оказывается человек. Есть мнение, что все кошатники поголовно больны токсоплазмозом – ведь непросто они так любят кошек и стремятся к ним. На человеческий мозг токсоплазма, вероятно, воздействует так же, как на мышиный. И есть данные, что люди, больные токсоплазмозом, ведут себя менее осторожно и, например, чаще попадают в автомобильные аварии.
Ещё хуже малярийные плазмодии, среди бесчисленных видов коих человеку опасны четыре: Plasmodium falciparum – возбудитель тропической малярии, P. malariae – четырёхдневной, P. ovale и P. vivax – трёхдневной. Малярийные плазмодии переносятся малярийными комарами Anopheles, попадают в кровь человека, где поселяются в эритроцитах и разрушают их. Действуют они при этом поразительно синхронно, так что раз в заданное число дней человека накрывает приступ лихорадки: ему очень холодно, так как эритроциты массово лопаются и кровь перестаёт переносить кислород, при этом у человека жар, так как организм пытается побороть инфекцию. Но плазмодий – не какая‐нибудь бактерия, от которой можно избавиться повышенной температурой, он вообще очень любит тепло, иначе не жил бы в тропиках. А в итоге человеку и помереть недолго! Неспроста в малярийных местах людей или очень мало, или им очень плохо. Конечно, и от такой напасти существуют свои способы избавления.
Для начала, никто не отменял естественный отбор: в областях, поражённых малярией, возникла серповидно-клеточная анемия. Мутация делает из нормального гемоглобина гемоглобин-S, от коего эритроциты крючит, и они из круглых становятся серповидными. Такой гемоглобин невкусный, плазмодии его не любят. Только вот беда – он и кислород переносит плохо. Поскольку наследование признака вполне школьно-менделевское, выходит, что среди детей половина точно умрёт: четверть – с эритроцитами-блинчиками – от малярии, четверть – с полностью серповидными эритроцитами – от анемии. И только те везунчики, у кого две формы эритроцитов представлены пополам, выживают. При этом они, строго говоря, тоже страдают от обоих недугов, но в тот момент, когда нет приступа малярии, они менее выносливы и не очень работоспособны из‐за серповидноклеточной анемии, а в тот, когда их накрывает малярия, уничтожающая круглые клетки, тянут на серповидных. Получается, серповидно-клеточная анемия – отличный пример возникновения вредного признака из‐за того, что без него ещё хуже.
Конечно, есть и рукотворные методы. Можно осушить болота, где живут малярийные комары; можно залить их керосином или нефтью. Можно запустить в водоёмы рыбок Gambusia affinis, которые будут есть личинок комаров, правда, всех они никак не съедят, но всё же будет полегче.
А можно обратиться к ботанике. Когда с рабами-неграми малярия была занесена в Южную Америку, в 1638 году ей заболела графиня Чинчон, жена вице-короля Перу Луиса Херонимо Фернандеса де Кабреда (по народной версии – инкская принцесса Хина). Местные лекари при её лечении, думается, исходили из вполне мистических соображений, но чудесным образом угадали: кора хинного дерева Cinchona (из семейства Rubiaceae порядка Gentianales) чрезвычайно горькая. Ясно, что болезнь вызывается злым духом, и наверняка ему не понравится горечь лекарства. Про лекарства всем известно – чем противнее, тем полезнее. И в данном случае принцип сработал как надо: хинин действительно убивает одну из стадий плазмодия. Правда, принимать его надо строго по графику, согласованному с жизненным циклом плазмодия, иначе эффективность лечения резко снижается.
Во втором надтипе Heterokonta (они же «надгруппа Stramenopiles») инфрацарства Halvaria фотосинтез также был в базовой комплектации, полученный от красных водорослей. Исходный вариант их хлоропластов четырёхмембранный, причём внешняя фагосомная мембрана одновременно является внешней мембраной ядра и эндоплазматической сетью (далее следует мембрана бывшей красной водоросли и две бактериальные).
В полный рост фотосинтезирующие способности развились в типе охрофитов Ochrophyta в классах диатомовых водорослей Bacillariophyceae (Bacillariophyta, или Diatomeae), золотистых водорослей Chrysophyceae (они же Chrysophyta), жёлто-зелёных разножгутиковых трибофициевых водорослей Xanthophyceae (Xanthophyta), бурых водорослей Phaeophyceae (Phaeophyta) и у прочих их родственников из ещё примерно десятка не столь представительных классов.
Охрофиты прекрасны независимым возникновением колониальности и даже многоклеточности. По умолчанию у них есть два жгутика – большой передний (мохнатый из‐за дополнительных мастигонем) и маленький голый задний; в конкретных группах этот генеральный план меняется в разных версиях.
Одни из самых простых охрофитов – диатомеи, они почти всегда одноклеточны и лишь иногда собираются в незамысловатые колонии. Снаружи диатомеи закованы в панцирь, сделанный большей частью из SiO2 с добавлением оксидов алюминия и железа; поверх панциря намазан пектиновый слой. Панцири диатомей обычно крайне геометричны, часто весьма угловаты и чарующе-ажурны. Кремнезём диатомей был принципиален для эволюции людей, так как из миллиардов раковинок отлагались огромные толщи отложений, которые потом прессовались в диатомитовый кремень, который через миллионы лет наши предки радостно кололи, получая орудия труда. В экологическом плане диатомеи тоже критически важны: по некоторым подсчётам, они составляют до четверти органики планеты! Диатомеи крайне разнообразны, уже описаны пара десятков тысяч видов, а всего их может быть до двухсот тысяч! Один только род Navicula насчитывает более 1280 видов, а возможно, – в полтора раза больше.
Диатомеи
Хлоропласты диатомей были приобретены от красных водорослей, но содержат большой спектр вариантов хлорофилла – и зелёный, и красный, и особые пигменты – диатомин, фукоксантин и прочие. В геноме диатомей обнаруживается много генов от зелёных водорослей, так что, возможно, сначала был симбиоз с зелёными, но после остались только красные пластиды. В результате фотосинтеза диатомей получаются не углеводы, а жиры; в клетке обычно много волютина – гранул неорганических полифосфатов тускло-голубого цвета, используемых как запас питательных веществ. Кроме нормальных пластид, у диатомей есть сферические тела, которые фиксируют азот и, вероятно, достались им от цианобактерий.
Золотистые водоросли в исходной версии сохраняют два неравных жгутика, продвинутые могут быть амебоидными или вовсе неподвижными. Большинство пресноводные, содержат фукоксантин и строят кремниевые панцири, подобно диатомеям. Многие любят собираться в колонии, иногда ветвистые, очень ажурной формы, иногда же – нитевидные или бесформенные слизистые скопления.
Жёлто-зелёные водоросли-ксантофиты близки к бурым, только чаще живут в пресных водоёмах и не производят фукоксантин; обычно они одноклеточные или нитчатые-колониальные, хотя некоторые достигли и полноценной многоклеточности. Одноклеточные подвижные имеют неравные жгутики и красные глазки.
Бурые водоросли – самые большие охрофиты, всегда многоклеточные. Кроме обычных типов хлорофилла, у бурых водорослей есть фукоксантин и виолаксантин. Почти все бурые водросли – морские, не слишком глубоководные и большей частью приполярные существа, хотя некоторые живут и на большой глубине, и в жарких морях.
Бурые водоросли, если верить молекулярным часам, возникли весьма поздно – только в юрском периоде – как ответвление другого класса охрофитов – Phaeothamniophyceae (они же Aurophyceae). Овально-членистые отпечатки Phyllothallus latifrons из немецкого Золенгофена – уникальной кладовой конца юрского периода – с большой вероятностью принадлежат бурой водоросли. Похожие следы есть и в более древних отложениях: в венде это Winnipegia cuneata, в ордовике – Whiteavesia obscura, в девоне – Angarolaminariopsis zinovae и Jenisseiphyton lebedevii, в триасе – Cystoseirites triasicus, однако твёрдо доказать их систематическую принадлежность крайне сложно. Мягкие талломы оставляют слишком невнятные следы без чётких определительных признаков. Особо критично настроенные палеоботаники считают, что бурые водоросли возникли лишь в палеоцене или даже миоцене, откуда происходят первые достоверные их ископаемые – Julescraneia.
ДЛЯ ПУЩЕЙ ТОЧНОСТИ
Таллом – он же слоевище – вариант организации многоклеточного тела, при котором нет чёткого подразделения тканей и органов. Это не отменяет некоторой специализации клеток, в особенности связанных с размножением, иначе организм не был бы многоклеточным, а считался бы колониальным. В талломе функция клеток минимально предопределена и порой может меняться.
Клеточная стенка бурых водорослей сделана из наружного пектинового слоя и внутреннего альгулёзного, очень похожего на целлюлозный.
Бурые водоросли самостоятельно изобрели многоклеточность, причём довели её до неплохого уровня. Таллом бурых водорослей может состоять из двух или даже четырёх тканей. В простейшей версии наружная кора фотосинтезирует, а сердцевина запасает всякое полезное. В самом продвинутом варианте снаружи находится меристодерма – защитная и репродуктивная, под ней – кора, далее – запасающая промежуточная ткань, а в самой глубине – сердцевина c проводящей и механической функциями. У бурых водорослей могут быть «органы» – корнеподобные ризоиды или базальные диски для крепления к почве, а также пневматофоры – пузыри с газом для поддержания водоросли в вертикальном положении. На талломах часто образуются рёбра жёсткости, похожие на жилки. У ламинарий прогресс дошёл до ситовидных трубок и трубчатых нитей. Для образования спор и гамет у бурых водорослей формируются одно- или многогнёздные спорангии и гаметангии; в многогнёздных исходная клетка разграничивается перегородками на гнёзда с собственными ядрами, но так, что отдельными полноценными клетками это назвать всё же нельзя, так как выход наружу для спор или гамет у них один.
Зооспоры (обеспечивающие бесполое размножение) и гаметы (для полового) имеют классические черты одноклеточных охрофитов, в том числе неравные жгутики, красный глазок и один хлоропласт. Правда, бывают варианты, когда та или иная структура исчезает или упрощается.
Чередование жизненных стадий и вариантов гаметогенеза у бурых водорослей удивительно разнообразно, так что на разных представителях можно видеть разные стадии эволюции. В примитивной версии строгого чередования споро- и гаметофита нет, а из спор могут развиться как опять гаметофит, так и спорофит, так и гаметоспорофит.
ДЛЯ ПУЩЕЙ ТОЧНОСТИ
Жизненный цикл большинства живых организмов один и тот же: чередуются гаметофит и спорофит.
Гаметофит – гаплоидная стадия, то есть с одинарным набором хромосом. Митозом из него образуются гаплоидные гаметы, которые сливаются друг с другом, давая начало спорофиту.
Спорофит – диплоидная стадия, то есть с двойным набором хромосом. Он мейозом даёт из одной клетки-предшественницы четыре гаплоидные споры, каковые уже являются первой стадией гаметофита. Споры отличаются от гамет тем, что не сливаются между собой, каждая разрастается и превращается в гаметофит самостоятельно.
Собственно, разница между разными существами в том, какая стадия преобладает, какая редуцируется, а иногда – и добавляется. И гаметофит, и спорофит могут быть как одноклеточными, так и многоклеточными. В многоклеточных версиях органы производства гамет – гаметангии, а спор – спорангии (множество спорангиев может собираться в спорофилл – «спороносный лист»). Например, у зелёных водорослей гаметофит многоклеточен (большая зелёная мотня в воде), а спорофит представлен только одной клеткой – зиготой; у мхов гаметофит многоклеточен (это то, что мы, собственно, называем мхом), но и спорофит уже сделан из комплекса клеток – в виде ниточки с крышечкой-спорангием; у псилофитов гаметофит и спорофит были представлены примерно одинаково; у плаунов, хвощей и папоротников гаметофит всё ещё многоклеточен, но уже мал и неприметен, а большое красивое растение – это спорофит; у семенных растений гаметофит ещё проще, всего из нескольких клеток (но всё ещё не из одной: у голосеменных – десяток клеток, у покрытосеменных – три), а нормальная ёлка-берёза – это спорофит; у животных гаметофит сокращён до единой половой клетки, каковая одновременно и спора, и гамета, митозы гаметофита исчезли, так что получается, что гаметы образуются мейозом в спорофите – многоклеточном взрослом организме с тканями и органами. У грибов и грибоподобных существ могут добавляться новые стадии, которые по факту являются вариациями либо споро-, либо гаметофита.
Некоторые бурые водоросли особенны своим анархическим циклом, где, например, одни и те же слоевища продуцируют клетки-зооиды, которые могут стать и зооспорами (это всё та же спора, просто со жгутиками и подвижная), и гаметами. Талломы, которые производят таких неопределившихся зооидов, называются гаметоспорофитами. У части бурых водорослей чередование стадий строгое.
Бурые водоросли крайне разнообразны. Внешне очень примечательны Lessonia, похожие на двухметровые пальмы с толстым слабоветвящимся «стволом» и венцом перистых «листьев».
Самые известные и впечатляющие бурые водоросли – Fucus и Macrocystis, чьи талломы могут вымахивать до 60 м – длиннее подавляющего большинства сосудистых растений. Экологически чрезвычайно важен Sargassum; несколько его видов, например, S. natans, создают уникальную экосистему Саргассова моря – единственного моря без берегов (вернее, его берега как раз и определяются распространением водорослей), а по совместительству – Бермудского треугольника. Древние деревянные корабли при несильном ветре вполне могли застревать в сплетениях саргассов, а моряки в портовых тавернах затем взахлёб плели байки про гиблые моря. А меж тем, в недрах Саргассова моря обитает масса существ, завязанных на саргассы: креветки, крабы, рыбы и морские черепахи. Многие из них едят водоросли, живут на водорослях, прячутся в водорослях, очень убедительно изображают из себя водоросли, возможно, даже чувствуют себя водорослями, а после гибели и проворота колеса обмена веществ закономерно становятся водорослями.
В северных морях экосистема часто также завязана на бурые водоросли. Например, у берегов Командорских островов – Медного и Беринга – бурыми водорослями питались морские стеллеровы коровы Hydrodamalis gigas – самые большие сирены, достигавшие по крайней мере 7,5 м длины и 3,5 т веса. В рацион этих уникальных животных входил десяток видов бурых водорослей, в том числе из родов Laminaria, Alaria, Nereocystis, Macrocystis, Cymathere и Agarum. При этом ареал стеллеровых коров до последнего почти идеально совпадал с ареалом каланов. Дело в том, что каланы питаются морскими ежами, а морские ежи – бурыми водорослями; получается, каланы были самыми эффективными уничтожителями единственных конкурентов морских коров. Неспроста, между прочим, аларию полую Alaria fistulosa (она достигает 41 м длины) иначе называют бобровой капустой – именно в честь «морских бобров» – каланов, которые, казалось бы, сами морскую капусту не едят, но прочно привязаны к ней через морских ежей. Промышленники пришли на берег Тихого океана за соболями, а дальше за каланами вдоль островов отправились до Америки. Последний рывок был крайне сложен, так как снабжение пушных экспедиций, несмотря на ценность добываемых мехов, оказывалось слишком уж накладным. И тут‐то как нельзя кстати на пути встретились стеллеровы коровы: одной зверюги хватало на прокорм 45 человек в течение двух недель. Именно морские коровы позволили преодолеть морские дороги вдоль Алеутских островов на восток и Курил на юг. С 1743 года до конца века 42 компании послали 92 промысловые экспедиции, запасавшиеся мясом сирен на Командорских островах. Кроме морских коров, промышленники истребляли каланов (собственно, ради них они сюда и плыли), отчего плодились морские ежи, съедавшие значительную часть бурых водорослей, отчего морские коровы начинали голодать и гибнуть. Потому не странно, что за каких‐то 27 лет с момента открытия гигантские сирены были уничтожены ненасытными моряками. Примечательно, что ареал морских коров непрерывно уменьшался и до появления злобных промышленников: на Алеутских островах, Аляске, в Британской Колумбии и Калифорнии их ещё раньше истребили алеуты и индейцы. Собственно, на Командорских островах животные дольше всего сохранялись только потому, что там не было постоянного населения, и только до того момента, как люди добрались и сюда. Между прочим, как минимум в неолите, а иногда и позже какие‐то аборигены таки доплывали на эти острова, судя по орудиям из обсидиана, песцовым капканам с зубьями из раковин Dentalium и изделиям из костей всё тех же сирен. После исчезновения морских коров бурые и прочие водоросли вокруг Командорских островов несказанно разрослись, что в итоге привело к застою прибрежных вод, «красным приливам» и заморам всего живого, включая моллюсков, морских ежей и каланов.
БОТАНИЧЕСКИЕ ИСТОРИИ
Не только морские животные потребляют морские водоросли. Совсем странная ситуация сложилась на самом северном из Оркнейских островов – Норт-Роналдсей у берегов Шотландии. Островок махонький – 7 квадратных километров, земли тут очень бедные. Нынче тут живёт всего 70 человек. В прошлом их было несколько больше, так как они занимались пережиганием водорослей на соду; но после появления нормального химического производства в конце XVIII века местный промысел стал никому не нужен. А шотландские фермеры чрезмерно прижимистые, они крайне ценили дефицитную почву и разгородили все приличные места заборами; вдоль же побережья воздвигли каменную стенку высотой в рост человека и длиной в сорок километров. А вот кому не осталось места на немногочисленных лужках, так это овцам, которых привезли сюда всё те же крестьяне как минимум пять тысяч лет назад. Бедных овечек уже тогда выселили на мерзко-холодное побережье, где было много камней, чаек и водорослей. И вот, бродя среди тюленей, несчастные копытные с голодухи стали жевать выброшенные волнами водоросли. За пять тысяч лет метаболизм овец перестроился настолько, что они уже не способны есть нормальную траву. На узкой прибрежной полосе нынче пасётся примерно шестьсот таких уникальных короткохвостых овечек. Между прочим, водорослевая диета радикально изменила даже вкус мяса овец, сделала местную баранину заранее посоленной и замаринованной. Видимо, следующий логичный эволюционный шаг овцы сделают в морские пучины, полюбят нырять и купаться рядом с нерпами и дельфинами, сменят копыта на ласты, отрастят спинные плавники и станут рогатыми аналогами стеллеровых коров.
Кроме морских коров и морских ежей, регулярно питаются морской капустой и белые медведицы Ursus maritimus, несмотря на свою, казалось бы, чрезвычайную хищность. Делают это именно медведицы, ведь медведи-самцы крупнее и злее, а потому занимают самые богатые рыбой и тюленями места и прогоняют бедных самок в голодные области. Иногда мишки даже ныряют за водорослями.
ДЛЯ ПУЩЕЙ ТОЧНОСТИ
Биоценоз – сообщество живых организмов, которых в первом приближении можно разложить на элементы – консорции, состоящие из эдификатора и консортов. Эдификатор – организм, создающий или серьёзно меняющий биоценоз; бурые водоросли как раз являются их наилучшим примером. Соэдификатор – организм, умеренно изменяющий биоценоз. Ассектатор, или консорт – организм, слабо влияющий на биоценоз, занимающий в нём подчинённое положение и зависящий от эдификаторов; всяческие рыбки-улитки-крабы саргассовых лесов – лучшие примеры консортов.
Придуманы и другие умные слова для обозначения взаимоотношений организмов в экосистемах. Виолент – конкурентно мощный организм; многие бурые водоросли являются однозначными виолентами. Патиент – организм, выносливый к неблагоприятным условиям. Эксплерент, или рудерал – организм, быстро реагирующий на нарушения биоценоза, быстро и пионерно захватывающий свободные пространства; часть бурых водорослей, несомненно, является эксплерентами.
Бурые водоросли мощнейшим образом повлияли на человеческую цивилизацию. Для начала, они съедобны, а поскольку к тому же очень велики и продуктивны, целые культуры строились на питании морской капустой. Особенно актуальны бурые водоросли в Китае, Корее и Японии, где народ издавна лопал комбу Saccharina japonica, вакамэ Undaria pinnatifida, хиджики Sargassum fusiforme и араме Eisenia bicyclis. Питательная ценность у такого жмыха невелика, зато морской травы всегда вдоволь, а ещё можно успокаиваться тем, что в водорослях много макро- и микроэлементов, например, йода. Для рисоводов с крайне бедной диетой это чрезвычайно важно.
БОТАНИЧЕСКИЕ ИСТОРИИ
Уже в XX веке на бурые водоросли как источник доступного йода обратили внимание медики. Дело в том, что для нормальной работы щитовидной железы необходим йод. Без него развивается гипотиреоидизм, выражающийся либо в виде кретинизма, либо – зобной болезни. Обмен веществ при этом резко сокращается. Если человек болеет с детства, нервная система не развивается нормально, человек оказывается умственно неполноценным. Очевидно, йода не хватает в далёких от моря областях – центральных частях Евразии и Африки, а особенно в горах – Альпах и Карпатах. Неспроста ещё совсем недавно в каждой деревне должен был быть свой дурачок, а местами подавляющее большинство населения было поражено гипотиреоидизмом, так что без зоба не брали замуж и даже кукол делали с зобом. Проблема была настолько глобальной, что с первой половины XX века, когда медики разобрались в причинах и следствиях, была налажена борьба с кретинизмом, причём примерно одновременно в Швейцарии, США и других странах. В СССР это вылилось в создание научно-исследовательских центров, промышленную добычу бурых водорослей на северных побережьях, повсеместную продажу и пропаганду морской капусты и йодирование соли. Особенно ценным видом для добычи йода оказалась ламинария японская Laminaria japonica. К середине XX века проблема зобной болезни и кретинизма в СССР была практически полностью решена. Показательно, что с крахом СССР морская капуста ещё долго держалась на полках, но вот соль массово перестали йодировать. Это закономерно привело к новому увеличению процента зобной болезни и кретинизма. До сих пор обязательного йодирования соли у нас в стране нет, а йододефицитность растёт.
В 1907 году японский биохимик Кикунэ Икэда, изучавший вкус японских блюд из бурых водорослей комбу, открыл вкус умами, который между делом оказался ещё и вкусом мяса. Уже через год основанная К. Икэда компания начала выпуск супер-приправы – глутамата натрия. С ним любые сосиски, сделанные из жёваного картона, становятся вкуснее настоящего мяса. С тех пор производство усилителей вкуса вышло на новый уровень, и ныне часто уже трудно понять, что в продукте настоящее, а что – захимиченное на фабрике, и хорошо ещё, если из водорослей.
О РОДСТВЕННИКАХ
Ближайшие родичи всех охрофитных водорослей – оомицеты Pseudofungi (они же Oomycota). Долгое время их считали специфическим вариантом грибов, но более тщательное изучение их биохимии и генетики показало, что сходство с грибами чисто внешнее, конвергентное, и не свидетельствует о близости. А вот к прочим охрофитами оомицеты максимально близки, например, целлюлозной клеточной стенкой (иногда её, правда, нет), и зооспорами с перистым и гладким жгутиками. У некоторых оомицетов есть многоклеточная талломная стадия. Живут они везде – от океанов до гор, на всех материках и островах. Оомицеты – либо сапротрофы (то есть питаются мёртвыми организмами), либо паразиты. Вредят они самым разным существам – от одноклеточных (в том числе диатомей) и грибов через красные и зелёные водоросли и сосудистые растения до всяческих губок-рачков-крабов-моллюсков-насекомых. Даже оомицеты-сапротрофы – и те умудряются вредить. Например, Leptomitus lacteus разлагает растительные остатки; казалось бы – дать ему медаль. Ан нет, разрастаясь, лептомитус засоряет водоёмы, забивает трубы и фильтры очистных станций, ячейки сетей и всё прочее, созданное человеком.
Крайне вреден род Pythium (среди множества его видов можно отметить злопакостные P. debaryanum, P. irregulare, P. ultimum, P. aphanidermatum и P. sylvaticum): он поражает сотни растений, в том числе культурные – яблоню, грушу, землянику, свёклу, огурцы, помидоры, горох, сою, апельсины, лён, пшеницу, рожь, овёс. Plasmopara viticola съедает за нас урожаи винограда, P. helianthi – подсолнуха, Peronospora cubensis – дынь, тыкв и огурцов, P. brassicae – капусты, P. destructor – лука. Список грандиозен.
Особенно же знатную роль в человеческой истории сыграла фитофтора Phytophthora infestans. Она поражает картофель и помидоры, причём и листья, и клубни. Развивается фитофтора чрезвычайно быстро: полный цикл от момента заражения до нового спороношения занимает всего три-четыре дня. С другой стороны, фитофтора может в полусонном состоянии сохраняться во внешне здоровых картофельных клубнях, а в полный рост вредить уже после посадки, через несколько месяцев. Картофельные кусты и клубни, кроме того, что страдают от непосредственно фитофторы, ослабляются и становятся уязвимы для разных бактерий и грибов. Исходно фитофтора была локальным оомицетом из мексиканской долины Толука, но усилиями людей распространилась по всему свету. Как и всем злодеям, особенно ей нравятся места с холодными и влажными летними ночами.
Масштабно фитофторная катастрофа развернулась в Ирландии в середине XIX века. Дело в том, что за первую половину XIX века картошка тут стала едва ли не монокультурой; неспроста леприконы так её уважают. Климат Ирландии подходит для картофеля идеально; в частности, тут в почве много калия, а именно его так любит это растение. Другие же культурные растения на каменистых почвах во влажном и прохладном климате расти не очень хотели. Кроме того, все прочие сельскохозяйственные произведения Ирландии Англия выкачивала себе; как это обычно бывает с англичанами, голодающая колония кормила жирующую метрополию. Ирландцам же доставалась только картошка: под неё была занята треть земель, а две трети её урожая шли на прокорм местных жителей. Для повышения урожайности из Южной Америки стали завозить селитру, но вот беда – с удобрением из‐за моря (как показала генетика, с Анд) нагрянула фитофтора, и картошка превратилась в несъедобную кашу. Особенно мощно эпифитотия развернулась в 1845 году. Английские власти не сильно напрягались для предотвращения катастрофы, ведь речь шла об ирландцах-католиках. Цены на хлеб тут же выросли. Зерно и мясо не только продолжали вывозить из Ирландии (через голодающие районы под охраной солдат), но их экспорт даже вырос! Понятно, что среди голодающих людей в полный рост развернулись тиф, холера и дизентерия. Больных, а потому мало работавших и плативших мало налогов, владельцы земель стали без затей выгонять из домов, а дома – сносить. За десяток лет – с 1841 по 1851 гг. – в Ирландии вымер миллион человек – треть населения! Оставшиеся в живых в панике бежали; показательно, что в трёх портовых районах численность населения даже выросла – туда собирались люди со всего острова. Как минимум полтора миллиона человек – для середины XIX века это огромная цифра – уплыли на пароходах к лучшей жизни, большей частью в США. Там им были условно рады: во‐первых, ирландцев можно было использовать как бесплатных рабов на плантациях, а во‐вторых, ещё через десяток лет они пригодились в качестве пушечного мяса – прямо из портов сразу по сходу с кораблей их посылали на Гражданскую войну. Прав у прибывших не было никаких, деваться им было некуда, так что в итоге, с одной стороны, ирландские корни есть у огромного процента жителей США, а с другой, – быть ирландцем было крайне некомфортно, они занимали в обществе одни из самых нижних рангов, наряду с неграми. «Ирландец» было в США ругательством. К концу XIX века население Ирландии сократилось уже почти вдвое!
Phytophthora infestans
Показательно, что уже в процессе эпидемии один журналист из Уэльса отметил, что фитофтора не трогает картофель из окрестностей медеплавильных заводов. Однако тогда из этого никто не сделал никаких выводов. Лишь спустя много лет была изобретена бордосская жидкость – смесь медного купороса с известью, которая действительно весьма эффективна против фитофторы.
На самом деле, фитофтор много видов: Ph. cactotum вредит яблоням, грушам и землянике, Ph. parasitica – помидорам, табакам и перцам, Ph. palmivora – папайям, хлебным деревьям, какао, гевеям и кокосовым пальмам, Ph. cinnamomi – авокадо, корице, соснам, каштанам, грецким орехам и самым разным другим растениям.
Вот до чего доводит потеря хлоропластов!
Симбиоз каких‐либо из водорослей с животными, порой доходящий до клептопластии, многажды давал фотосинтезирующих животных. Растениями таких животных не назовёшь, но живут они за счёт фотосинтеза. Например, пресноводная гидра Hydra viridissima в специальных вакуолях содержит внутриклеточного симбионта – зелёную водоросль Chlorella vulgaris, причём в одной клетке гидры может жить по 20–40 хлорелл. Многие кишечнополостные, например, Cassiopea, вступают в симбиоз с динофлагеллятами-зооксантеллами Symbiodinium. Особенно знамениты в этом отношении золотые медузы Mastigias papua – в некоторых их популяциях пищеварительная система полностью редуцируется, так что медузы живут исключительно за счёт водорослей Cladocopium. Жизнь их проста и приятна: днём они всплывают с глубины к солнышку и плывут с одной стороны лагуны до другой, уходя от тени атолла, а ночью возвращаются на исходную позицию. В озере Онгейм’л Ткетау на палауанском острове Корор с ними очень любят купаться туристы: вокруг миллионы золотистых прозрачных медуз, а притом совсем безопасных, ни капельки не стрекающих!
Огромные двустворчатые моллюски-тридакны Tridacna в своих тканях содержат зооксантелл Symbiodinium и большую часть своих потребностей покрывают за их счёт. Более того, в мантии тридакн есть специальные белки для более равномерного освещения, ведь дело происходит на экваториальном мелководье: под прямыми лучами динофлагелляты могут пострадать, а в глубине гигантского моллюска, напротив, – оказаться в темноте. Светопроводящие свойства этих белков едва ли не лучше, чем у искусственных оптоволокон. Теоретически, можно бы выращивать биологические световоды, так что их не надо даже ремонтировать. Возможно, в будущем технологии так и будут работать: посеял зародыш кабеля, он пророс куда надо и сам себя поддерживает в рабочем состоянии на силе фотосинтеза.
Черви бескишечные турбеллярии Convoluta заключили союз с зелёными водорослями зоохлореллами. Морские слизни Elysia ornata, E. viridis, E. chlorotica, E. timida и Costasiella kuroshimae едят жёлтозелёных водорослей Vaucheria litorea, после чего оставляют себе их хлоропласты и живут автотрофно; хлоропласта хватает на девять-десять месяцев. Связь зашла уже так далеко, что геном слизня вроде бы кодирует некоторые белки, необходимые хлоропластам для фотосинтеза. Впрочем, разные исследования дают противоречивые результаты: некоторые исследователи постулировали, что в яйце слизней фотосинтезных генов нет, а у взрослых, возможно, и есть, что довольно странно.
Особняком стоят гороховые тли Acyrthosiphon pisum. То, что это животные, а не растения, – очевидно, но у них есть ген синтеза каротиноидов, доставшийся им горизонтальным переносом от грибков и участвующий в фотосинтезе у растений; ни у каких других животных каротиноиды не синтезируются. Помещенные на свет тли вырабатывали больше АТФ, чем в темноте, что можно интерпретировать как фотосинтез. Казалось бы – тли тысячами сидят на всех веточках, ан нет – вопрос об автотрофности тлей до сих пор подвешен.
Нерастительные водоросли создали и продолжают поддерживать всю жизнь на земле – создают кислород, озоновый слой, основную биомассу. Что уж говорить, их первые варианты в далёком докембрии – это почти мы и есть, только мы так никогда и не познали радость фотосинтеза, навеки оставшись гетеротрофами. Зато в наследство от бактерий нам достались митохондрии, на энергии этих батареек мы тянем до сих пор.