Хранители микромира

«Тут у нас пробы полувековой давности, – охотно поясняет Дэвид, – но в нашем архиве есть и куда более ранние образцы». Я беседую с Дэвидом Джонсом, главой проекта гидробиологического мониторинга Continuous Plankton Recorder Survey. Перед нами один из так называемых планктонных регистраторов (Continuous Plankton Recorder, CPR) – закованное в броню устройство для сбора планктона. Сверхпрочный металлический корпус имеет около метра в длину. С одного конца он сужается, и поверх этого носика закреплен массивный набалдашник со скобой для буксирного троса. С другого конца насажен прямоугольный металлический кожух, полый с обеих сторон. В боковой части корпуса прорезано окошко, а в нем – табличка с надписью: «CPR № 138, произв. окт. 1970. Первый буксир фев. 1971, последний март 1987. Общее расстояние 18 458 морских миль»^[181]. Конструкция выглядит так основательно, что, кажется, если даже сбросить ее с Эмпайр-стейт-билдинг, она от силы чуточку погнется. И это весьма кстати, ведь регистратор волочится за грузовым судном на полной скорости и извлекается из воды тоже на ходу.

В чреве непробиваемого стального панциря кроется нечто совершенно неожиданное: искусно сделанный механизм. Блестящие латунные шестеренки и валы соединены с катушками, на которые намотан тонкий матерчатый фильтр. Можно подумать, эти хитроумные внутренности – дело рук часового мастера, и в некотором смысле так оно и есть: в основе лежит традиционная технология, применявшаяся при изготовлении часов в 1930-х годах. Изобретено это устройство было в 1931 году, причем оказалось настолько удачным, что, если не считать нескольких мелких доработок в 1950-е, его конструкция с тех пор ни разу не менялась. Подобная стабильность далеко не пустяк: она позволяет напрямую сравнивать пробы планктона 90-летней давности с самыми последними образцами, не опасаясь искажения результатов из-за непоследовательной методики. Сотни таких «приборов непрерывного действия» вот уже несколько десятилетий прочесывают океан.

Простота и гениальность устройства поражает. Конический носик в передней части корпуса имеет квадратное отверстие со стороной около 1 сантиметра. При буксировке регистратора за судном в отверстие поступает вода. Поток проходит сквозь шелковую фильтрующую ленту, намотанную на одну из катушек, и отцеживается, а планктонные организмы на ней оседают. Сверху она прижимается второй катушкой, так что планктон оказывается надежно зажат между двумя слоями шелка. Затем наложенные одна на другую ленты с обеих катушек подаются в отсек с формалином, что обеспечивает сохранность всего «улова». Но, пожалуй, самая замечательная находка – это пропеллер, который расположен в упомянутом кожухе, прикрепленном к задней части корпуса^[182]. Пропеллер вращается силой проходящего потока воды и приводит в движение ролики для подачи шелковой ленты. Привод работает таким образом, что на каждые 5 морских миль пути уходит примерно 5 сантиметров ленты. Стоит только кораблю ускорить или замедлить ход, и пропеллер начнет вращаться быстрее или медленнее, что автоматически скорректирует скорость протяжки. Получается своего рода магнитофон: планктонные организмы, выловленные в том или ином участке моря, «записываются» на соответствующий отрезок ленты. При условии, что судно идет полным ходом, шелка на катушках хватает на 450 морских миль. Когда лента заканчивается, регистратор вытаскивают на борт. Огромный плюс в том, что тянуть за собой такие планктоносборщики берутся обычные торговые суда, год за годом совершающие рейсы по одним и тем же маршрутам. В проекте участвуют сухогрузы, паромы, лайнеры, а иногда и крупные яхты. Все они бороздят океанские просторы, перевозя товары и людей, и собрать заодно парочку образцов планктона для них труда не составляет. Инициатива является международной и финансируется, в частности, британскими, американскими, канадскими и норвежскими научными организациями. По состоянию на конец 2021 года эти буксируемые регистраторы преодолели в общей сложности 7 миллионов морских миль, что эквивалентно 326 кругосветным плаваниям. Хотя маршруты охватывают лишь незначительную часть океана, благодаря систематическому многолетнему сбору планктонного материала формируется исключительно качественный массив данных. Все пробы привозят сюда, в Плимут, где их изучают и каталогизируют, а регистраторы после замены катушек отправляют назад в море.

Итак, планктонные «свитки» поступают в лабораторию, слегка побуревшие и потрепанные от долгого путешествия. Какую же информацию они несут? Мне как физику, привыкшему мыслить в категориях глобальных и абстрактных, трудно вникнуть в премудрости науки, требующей непосредственной работы с живым материалом, таким бесформенным и непокладистым. Ведь как устроено изучение планктона? Чем больше увеличение, тем сложнее и запутаннее картинка.

Невооруженным глазом человек различает предметы размером до 0,1 миллиметра, что примерно соответствует толщине нашего волоса. Попробуем понять, насколько с этими параметрами соотносится океанский планктон, и для начала взглянем на одну из фораминифер. Представители данного вида, Trilobatus sacculifer^[183], – сравнительно крупные одноклеточные (около 0,25 миллиметра в диаметре) с твердой раковиной, состоящей из нескольких клубковидных камер. Из раковины торчат тоненькие студенистые жгутики, с помощью которых организм захватывает пищу, передвигается и выводит продукты жизнедеятельности. Если мысленно увеличить это причудливое создание в 20 000 раз, получится монстр величиной с хороший джип. Ниже на габаритной шкале находится совершенно иная группа организмов – динофлагелляты (масштабной аналогией в повседневном мире могут служить современные модели «мини-купера»). Как правило, их относят к водорослям. Яркий пример – одноклеточные рода Ornithocercus. Они покрыты панцирем из целлюлозных щитков, по краям которого веерообразно расходятся живописные пластинчатые выросты, напоминающие замысловатый головной убор. Названные разновидности организмов не способны самостоятельно вырабатывать «горючее» с помощью солнечного света, а потому поедают других представителей планктонного населения. Вообще планктон подразделяется на два больших класса: фитопланктон (фотосинтезирующие организмы) и зоопланктон (гетеротрофы, питающиеся другими мелкими организмами). Но выжить в океане непросто, и многие планктонные формы наловчились добывать энергию и тем и другим способом – в зависимости от обстоятельств.

Если продолжить двигаться по воображаемой шкале размеров в порядке убывания, нам встретятся диатомовые водоросли (в обычном человеческом мире это были бы предметы диаметром с большой арбуз). Полюбуемся, например, на одноклеточных группы Thalassiosirales. Их тельце заключено в состоящий из кремнезема панцирь – изящный ячеистый диск, украшенный нежными шиповидными отростками. Диатомовые усваивают энергию солнечных лучей, попутно производя львиную долю всего кислорода на Земле^[184]. Еще более мелкими организмами являются кокколитофориды (в масштабах нашей повседневной реальности их можно сопоставить с небольшими дыньками) – удивительные сферические образования, покрытые круглыми ажурными пластинками из кальцита. Наконец, у нижнего края габаритного спектра расположены цианобактерии (сравним их с шоколадными драже), в том числе представители рода Prochlorococcus, составляющие самую многочисленную на Земле группу фотосинтезирующих организмов. Эти крохи не имеют сколько-нибудь сложной структуры, и им принадлежит гордое звание самых мелких организмов, способных к фотосинтезу. Чтобы щепетильные биологи не упрекнули меня в неполноте обзора, надо еще сказать о морских вирусах, занимающих последнее место в размерной иерархии (при соответствующем увеличении они оказались бы меньше рисового зернышка). Вирусы ведут себя как оккупанты: внедряясь в клетку более крупного организма-хозяина, они эксплуатируют ее биологические механизмы и таким способом – за чужой счет – размножаются. Итак, поставьте рядом джип и рисовое зернышко, и вы получите общее представление о том, насколько широка палитра габаритов в планктонном царстве.

Проект Continuous Plankton Recorder нацелен на изучение сравнительно крупных планктонных форм. Это продиктовано самой конструкцией регистраторов. По словам Дэвида, однажды в аппарат даже угодила 30-сантиметровая рыба-игла^[185] – видимо, ненароком сунула голову во входное отверстие, а потом с концами запуталась в катушечном лабиринте. Что касается микропланктона, то тут как повезет: иногда эти организмы задерживаются шелковыми волокнами, но легко могут и ускользнуть – слишком уж они крошечные.

Настоящая работа начинается после того, как собранный материал доставляют в Плимут. В штаб-квартире проекта оборудована просторная лаборатория с дюжиной микроскопов, где трудятся ученые в белых халатах, защитных очках и латексных перчатках (почему-то сплошь фиолетовых). Их задача – идентифицировать и подсчитать все застрявшие в шелковом полотне экземпляры, то есть провести, по выражению Дэвида, «учет потерпевших» и получить на этой основе строгие научные данные^[186]. Специалисты тут первоклассные, и я рада, что с некоторыми удалось пообщаться лично. Вот Клэр Тейлор, руководитель лаборатории. Она соглашается уделить нам с Дэвидом пару минут. Заглянув в окуляр ее микроскопа, я вижу крошечную морскую живность, «попавшую в переплет» шелковых нитей. Состав организмов – самый разношерстный. Я спрашиваю у Клэр, сколько же видов планктона она знает, и просто немею от ее ответа: от восьмисот до девятисот – и это не считая различных стадий жизненного цикла каждого вида! Мы переходим к другому образцу. В резком свете лампы микроскопа распласталось слегка помятое тельце, напоминающее небольшую креветку. Дэвид обращает мое внимание, что на пятой ноге у существа есть бугорок: важнейший критерий для определения видовой принадлежности. Люди по-прежнему лучше машин справляются с сортировкой и идентификацией планктонных организмов. Оно и понятно: если экземпляр поврежден, деформирован или размещен под неудачным углом, острый глаз гидробиолога способен это понять и при необходимости подправить расположение члеников, чтобы отличительные признаки стали более заметны.

Ценность проекта CPR, как и целого ряда других исследовательских программ, еще и в том, что он выявляет основные закономерности функционирования планктонных сообществ. Ярчайшая особенность сезонной динамики этих экосистем – так называемое весеннее «цветение». Оно характерно для акваторий обоих полушарий и сопровождается взрывным развитием планктона. В зимний период свирепствуют бури, из-за чего верхние слои водной толщи перемешиваются, и взбаламученные питательные вещества поднимаются к поверхности. Но вот светило поворачивает к весне, с каждым днем все дольше оставаясь над горизонтом. Обилие солнечной энергии и питательных веществ делают свое дело – в ближайшие несколько месяцев океан будет являть собой картину сказочного изобилия жизни. Первыми начинают бурно размножаться диатомовые водоросли и прочие фитопланктонные организмы, затем эстафету подхватывает питающийся ими зоопланктон, вслед за ним – динофлагелляты, и, наконец, ранней осенью происходит повторное цветение диатомовых^[187]. Какие-то виды могут преобладать, но при этом с ними всегда соседствует масса других. По разнообразию и многочисленности такие всплески океанической биомассы можно сравнить с тропическими лесами на суше. Однако планктонные экосистемы имеют принципиально иной характер: подвижные и недолговечные, они находятся во власти течений и подвержены быстрым перестройкам в зависимости от колебаний температуры, доступности света и кормовой базы. При наличии благоприятных условий случаются и краткосрочные «вспышки» планктонного цветения, гаснущие сразу, как только закончится неуемное пиршество. Так или иначе, для биопродуктивности необходимы два главных фактора – питательные вещества и солнечная энергия, и здесь немаловажную роль играют уже знакомые нам процессы перемешивания, отвечающие за подъем глубинных вод к поверхности. Планктонные организмы первыми реагируют на повышение концентрации питательных веществ. За ними тянутся рыбы и птицы, а потом и более крупные представители фауны. Так формируются оазисы жизни.

Как видим, «пассажиропоток» распределен по Мировому океану неравномерно. Какие-то зоны подобны пышным тропическим лесам, другие напоминают бесплодную пустыню. Все упирается в параметры жидкой среды. Собственно говоря, та же пространственная мозаичность характерна и для атомов золота или йода: в одних районах океана они сгруппированы кучно, а где-то их плотность заметно ниже. При наличии благоприятных физических условий, энергии и сырья эти мельчайшие инертные пассажиры встраиваются в клетки пассажиров второй категории – фитопланктонных организмов. Жизнедеятельность последних, в свою очередь, накладывает отпечаток на химию океана. Фитопланктон дрейфует с течениями, и популяция его то растет, то сокращается по мере изменения химического состава и физических свойств окружающих вод. Не будь на планете этих крохотных живых частиц, не существовало бы ни пингвинов, ни дельфинов, ни акул. Впрочем, без пассажиров первой категории не существовало бы вообще никакой жизни, ведь именно химические элементы служат строительными кирпичиками не только для планктона, но и для всей глобальной экосистемы. Таким образом, самые важные океанские пассажиры – это вовсе не люди, и даже не черепахи, и не обломки кораблей или затонувшие грузы, брошенные цивилизацией на волю стихии. Подлинные VIP-пассажиры невидимы нашему глазу, но влияние их ощущает на себе каждый.

Количество микроорганизмов принято измерять миллионами и миллиардами. Но в чем реальный смысл этих цифр? Если мы хотим получить представление об истинной численности океанского населения, резонно будет оттолкнуться от наших собственных отношений с обитателями подводного царства. Поскольку представители нашего вида любопытны, всеядны, гибко меняют свои предпочтения и всегда готовы попробовать что-нибудь новенькое, неудивительно, что для многих людей эти отношения начинаются за обеденным столом.