Глава 7. Море - колыбель всего живого

В наши дни считается вполне вероятным, что за чертой прилива древних океанов находилась колыбель жизни на Земле и что именно здесь начался величественный процесс, который мы называем эволюцией.

Те, кому открыта более глубокая поэзия науки о Земле, невольно рисуют в своем воображении мрачную картину: мертвые моря бьются о берега пустынных континентов, и так, возможно, в течение многих тысяч миллионов лет! Страшно оглядываться на то бесконечно длившееся время, когда ни одна, даже простейшая, живая клетка не населяла воды Мирового океана, и мы с облегчением спешим отдаться более теплым и более понятным нам чувствам, которые пробуждает в нас вид морских растений и животных.

История жизни в морях и океанах началась свыше тысячи миллионов лет назад, и ее первые страницы все еще прочитаны лишь частично. Самая первая глава - самая трудная. Как зародилась жизнь в древних морях? Откуда она явилась? Какие таинственные силы заставили развиваться и множиться живые организмы?

Для объяснения происхождения жизни на Земле было выдвинуто в основном четыре теории. Первая из них попросту отказывается придавать какое-нибудь значение этой проблеме, заявляя, что Вселенная существует вечно и в ней всегда существовали живые клетки. Как только звезда охлаждается до того предела, когда на ней становится возможной жизнь, она заселяется крошечными живыми частицами, или "cosmozoans", появившимися с других небесных тел. Эти частицы переносятся с одного небесного тела на другое в процессе излучения.

Этой гипотезе нельзя отказать в привлекающей нас своеобразной поэзии, к тому же она вполне соответствует недавно выдвинутой Германом Бонди и Фредом Хойлем теории о непрерывности материи. Однако мы не можем не чувствовать, насколько это объяснение искусственно. Во всяком случае об этой гипотезе трудно судить по существу, поскольку в настоящее время ее невозможно ни подтвердить, ни опровергнуть с помощью наблюдений или экспериментов.

Вторая гипотеза еще больше, чем первая, проникнута верой в магическое начало. Она попросту заявляет, что жизнь зародилась в результате вмешательства сверхъестественных сил. Все религии мира, так же как и вся мифология, основаны на этой гипотезе, и нельзя не удивляться, что так много людей, наделенных высоким разумом и богатым воображением, с готовностью склоняются к этой точке зрения, лишенной подлинного величия. Ни один образованный человек теперь уже не придает никакого значения слову "сверхъестественный". Проявление законов природы есть высочайшее и прекраснейшее свойство Вселенной, и каждому явлению следует искать объяснения в естественных процессах, будь то процессы физические или духовные. Отрицать это - значит отрицать величие современной науки, вновь бросив человечество в бездну невежества и суеверий, из которой оно лишь недавно и весьма неохотно выкарабкалось.

Третья и четвертая гипотезы представляют значительно больший интерес. Согласно одной из них, жизнь зародилась в результате некоего совершенно случайного взаимодействия условий, которое неизбежно должно было возникнуть, когда уже накопилось достаточное разнообразие химических элементов, существовавших в элементарной форме в течение долгого времени. По этой теории жизнь возникла в результате соединения соответствующих химических элементов, которые как это ни маловероятно на первый взгляд, оказались в соприкосновении в момент, когда условия благоприятствовали такому соединению. Попробуем пояснить эту мысль примером из другой области. Математически доказано, что если я буду беспрерывно бросать двадцать игральных костей, то после ряда попыток может выпасть сразу, скажем, двадцать шестерок или двадцать единиц, или любая другая определенная комбинация цифр от единицы до шести, выбитых на костях. То же самое относится и к вопросу о происхождении жизни. Можно математически рассчитать, что различные химические элементы, реагирующие между собой определенным образом в условиях определенной температуры, давления и т. д., могут, соединившись, образовать живую клетку (если вообще признать за химическими элементами способность производить живую материю).

Читатель, конечно, уже заметил, что это объяснение не вполне исключает мистическое начало. Некое понятие, которое я назвал бы "космической энергией" и которое не было упомянуто, по своей сущности очень близко к излюбленной виталистами, а ныне полностью дискредитированной "жизненной силе", только теперь его связывают с процессом превращения неорганического вещества в органическое. Согласно этой теории, изменения, происходящие во Вселенной, отнюдь не являются случайными, а, напротив, следуют определенным законам. Правда, в последнее время стало модным отрицать направленность явлений в природе, хотя за нею и признают способность к изменениям. Многие весьма крупные ученые придерживаются той точки зрения, что изменения в природе происходят только случайно и что эволюция как органической, так и неорганической материи (если использовать термин "эволюция" в более широком смысле) также совершенно случайный процесс. Но если это так, то разве не странно, что Вселенная в целом, и в частности та сторона ее существования, которую мы называем "жизнью", развивается в совершенно определенном направлении. Мы принимаем как само собой разумеющееся, что неорганическая материя предшествует органической, что животные стоят в некотором отношении выше на лестнице развития, чем растения, млекопитающие "совершеннее" пресмыкающихся, а человек "превосходит" все живые существа. Даже в пределах собственного вида мы признаем, что доброта души - качество более высокое, чем рассудочность, рассудочность же предпочитаем таким качествам, как необузданность, невежество или чувственность. Разве это не служит убедительным примером эволюционной иерархии, существующей как направленный процесс? Именно эта целенаправленность эволюционного процесса заставляет нас усомниться в справедливости теории, утверждающей, что жизнь на Земле возникла по воле слепого случая, в результате такой же игры обстоятельств, как и та, что заставляет ложиться в определенном порядке игральные кости.

Теперь, когда мы убедились, что эволюция - процесс целенаправленный, нам лучше расстаться с этой теорией и принять четвертую гипотезу, а именно, что живая природа развилась из неорганической материи в результате закономерного и неизбежного процесса, точно так же, как млекопитающие развились из пресмыкающихся, пересмыкающиеся - из земноводных, земноводные же- из позвоночных и беспозвоночных, обитавших в древних морях. Собственно говоря, между живой и неживой природой не существует никакого разрыва. "Живая" материя есть та же "мертвая" материя, но значительно более высоко организованная.

Все это рассмотрено мной более подробно в книге "Путеводитель по истории Земли". Здесь же нас интересует только то обстоятельство, что определенная стадия эволюции, а именно развитие живого вещества из неживого, протекала на границе между сушей и первичным океаном. Как же шел этот сложный процесс?

Мы должны с самого начала предупредить читателя, что вопрос этот может быть решен только умозрительно. Мы не знаем, что в точности произошло; мы в состоянии лишь указать на некоторые факты. Начнем с рассмотрения весьма любопытных организмов, находящихся, так сказать, на границе между живым и неживым веществом,- с фильтрующегося вируса. Это крошечное существо (настолько малое, что для того, чтобы его увидеть, нужен уже не оптический, а электронный микроскоп) обладает рядом свойств, присущих как живым, так и неживым веществам. Оно состоит из протеинов, чисто химических соединений по своему составу. Некоторые виды этих вирусов, взятые изолированно, не обладают никакими иными свойствами, кроме тех химических свойств, которыми обладают составляющие их протеины. По сути дела они не более как крошечные твердые тела. Тем не менее - и здесь начинается важное различие - стоит этим вирусам соединиться с живой тканью, как они буквально "оживают". Превосходным примером этому может служить вирус мозаичной болезни табака. Взятый вне среды, этот вирус является веществом неживым, не способным к воспроизведению, но введенный в растение, он размножается так же быстро, как любой другой простейший организм; если его ввести в ткань табачного листа, он поражает растение.

Отсюда вполне возможно, что следы возникновения жизни правильнее всего искать в поведении протеинов или их компонентов в определенных физических условиях. Протеины состоят из аминокислот, химический состав которых теперь известен. (Кстати, не-безынтересно отметить, что теперь уже можно получить аминокислоты искусственно, в лабораторных условиях.) К тому же химические соединения, входящие в аминокислоты, почти полностью соответствуют тем соединениям, которые, как предполагается, существовали на берегах доисторических океанов.

Несомненно, что при современном уровне науки всякие категорические утверждения относительно того, как в действительности шел процесс возникновения жизни, кажутся нам крайне неосмотрительными. Тем не менее можно считать, что море, даже на самой ранней стадии своего существования, вероятно, содержало в растворенном состоянии очень много химических веществ. Среди них, несомненно, имелись углеводы, полученные в результате распада различных соединений углерода в земной коре. Кроме того, море поглощало из атмосферы двуокись углерода (углекислый газ), хлор и азот. В этих условиях легко могли образоваться химические соединения, составляющие типичные аминокислоты. Последние в свою очередь, возможно, подвергались воздействию катализаторов, как, например, фосфора, что способствовало возникновению нового типа химических соединений. Этот новый тип соединений можно уже рассматривать как одну из форм изменений, или "эволюционного скачка", явления, столь хорошо знакомого каждому, кто занимается изучением истории жизни на Земле.

Не так давно было выдвинуто несколько взаимоисключающих одна другую гипотез, пытающихся объяснить механизм этого процесса. Так, в 1956 г. С. Л. Миллер (Колумбийский университет) высказал предположение, что в образовании жизни на Земле существенная роль принадлежала электрическим разрядам. Он доложил о своих опытах на совместном заседании Нью-Йоркской академии наук и Американской ассоциации прогресса науки. Пропуская мощный электрический разряд через газовую смесь, состоящую из водяных паров и таких газов, которые, по всей вероятности, имелись в составе атмосферы в доисторический период, он неделю спустя обнаружил образование ряда органических соединений, в том числе и различных аминокислот.

На том же заседании доктор С. Граник (Рокфеллеровский институт медицинских исследований) выдвинул другую гипотезу, высказав предположение, что так называемый процесс фотосинтеза (процесс создания растениями органических веществ из воды и углекислого газа при помощи солнечных лучей) первоначально происходил в виде более простых реакций, в которых участвовали только неорганические вещества. Какая бы из этих или других выдвинутых за последнее время гипотез ни была сочтена правильной, любая из них признает за морской водой ведущую роль в зарождении и развитии жизни.

В последующих главах мы рассмотрим некоторые из тех удивительных и прекрасных существ, что с самых отдаленных и покрытых для нас мраком времен живут в водах земного шара. Но вначале мы должны сказать несколько общих слов о море как о месте обитания живых существ. Море представляет собой одну из самых обширных и самых разнообразных биологических сред на поверхности нашей планеты, и его свойства оказали важнейшее влияние на весь ход эволюции.

Прежде всего небезынтересно сравнить морскую воду с жидкостью, содержащейся в теле некоторых из морских обитателей. Мы увидим, что они очень близки по составу. И это относится не только к морским животным, но и к земноводным, так же как и к высшим наземным позвоночным. Вначале может показаться удивительным, что жидкость, содержащаяся в теле простейшего беспозвоночного, трески, лягушки и человека, по своему составу близка к морской воде. Но мы перестанем удивляться, когда вспомним, что жизнь возникла в воде. Доказательство тому, что все мы обязаны своим существованием нашей всеобщей матери - воде, мы носим в своих телах; быть может, это поможет нам понять, что братство всего живого не только сентиментальная фраза, но один из неопровержимых научных фактов.

Указанная связь станет яснее, если мы обратимся к цифрам. Сравнивая состав морской воды с составом жидкости, содержащейся в теле различных организмов, можно видеть, что жидкости по процентному составу солей очень незначительно отличаются друг от друга, а в ряде случаев (например, у собаки и сайды) даже совпадают.

Вода, несомненно, играет первостепенную роль в поддержании жизни, однако она усваивается и сохраняется организмами самым различным образом, в зависимости от биологической среды. Так, наземным животным помогает сохранять влагу водонепроницаемая кожа, наземные же растения используют для этой цели корни и сосуды с плотными стенками, так называемые "артерии", по которым высасываемая из земли жидкость подается во все части растения. Те животные, которые на протяжении всей своей истории живут в море, не нуждаются в подобного рода приспособлениях. Им не грозит потеря влаги - разве что во время отлива они застрянут на прибрежной полосе, и поэтому морским организмам не требуется никаких специальных средств для сохранения влаги или для транспортировки ее в отдельные участки тела. Это различие, возникшее в результате различия между наземной и морской средой, принадлежит к числу наиболее существенных из всех наблюдаемых на поверхности нашей планеты.

Кроме этого основного свойства, море как биологическая среда обладает и рядом других свойств, которые оказывают сильное воздействие на его обитателей. Одно из них, о котором уже говорилось в главе 6,- это способность моря поглощать и терять значительные количества тепла без резкой смены температур. Эта относительная "термическая стабильность" моря означает, что водным организмам нет необходимости вырабатывать в себе приспосабливаемость к температурным условиям в той мере, в какой это приходится делать наземным животным. С другой стороны, если такое изменение в температуре все-таки возникает, водные организмы исключительно чувствительны к нему, и резкая перемена температуры оказывается для них гибельной. Это сильнее всего сказывается при нарушении постоянной системы течений. Так, например, у берегов Эквадора и Перу, где обычно проходят холодные течения, иногда появляется теплое течение Эль-Нино. В результате в море гибнет все живое, причем не только рыба и морские животные, живущие непосредственно в море, но и птицы, которые питаются за счет морской фауны.

Чувствительность водных организмов к изменению температуры играет важную роль в разделении океана на две области в соответствии с различными температурами; граница между этими областями является одновременно границей между двумя различными морскими фаунами. Разность температур является для них не меньшей преградой, чем загородка для скота, через которую пропущен электрический ток. Такая пограничная линия, или конвергенция^*, как ее называют специалисты, существует во многих частях Мирового океана, в особенности же между большими океаническими течениями. Например, одна из важнейших конвергенции проходит вокруг света примерно на 50° южной широты и называется "антарктической линией конвергенции". Она возникает на стыке менее соленых, но холодных (и поэтому плотных) вод Западного Дрейфа и более соленых, но теплых (и поэтому более легких) вод субантарктических морей. Направляясь от этой точки к югу, мы испытываем внезапную резкую перемену климата. В течение нескольких часов пути температура воды в море поднимается на 2-5° С, ясное субтропическое небо затягивается мрачными серыми тучами. Области моря по обе стороны этой границы совершенно различны по своей биологии, фауны их отличаются одна от другой не меньше, чем, скажем, фауна леса от фауны равнины на поверхности земли.

^* (Конвергенцией называются нисходящие вертикальные токи, возникающие в некоторых случаях на границе различных систем течений или в области уплотнения водных масс. Таким образом, не на всякой пограничной линии непременно возникает конвергенция. (Прим. ред.))

Другими факторами, принимаемыми во внимание при разделении моря на отдельные биологические области, являются соленость, глубина и давление. Как мы уже видели, соленость воды в море колеблется от небольшой, особенно вблизи устьев рек, до очень значительной, как, например, в районе Красного моря. Хотя морские организмы способны выносить весьма высокую концентрацию солей, соленость оказывает весьма заметное влияние на распределение видов. Глубина играет еще более важную роль в разделении океана по биологическому принципу. Чем глубже солнечные лучи проникают в водную толщу, тем слабее и слабее они становятся, и животные, обитающие на различной глубине, должны приспосабливаться к этому обстоятельству. Отсюда различное строение морских организмов; отсюда же характерный для ряда видов суточный цикл вертикальной миграции, который зависит от интенсивности света в каждом данном слое, постепенно меняющейся от восхода к заходу солнца. В сравнительно мелких местах, где свет неполностью рассеян, рыба обычно лучше освещена со спины, чем с боков или брюха, и многие виды имеют защитную окраску, постепенно переходящую от темной сверху к светлой снизу. Наиболее ярким примером естественной зоны океана, границы которой определяются по освещенности, являются большие глубины океана, куда никогда не проникают солнечные лучи. Эта область, разумеется, полностью лишена растительной жизни^*, а у обитающих в ней глубоководных животных развились светящиеся органы.

^* (По новейшим данным, растительная жизнь существует даже в глубоководных впадинах океана. (Прим. ред.))

Давление, так же как и освещенность, зависит от глубины. Давление морской воды на различной глубине весьма различно. Оно колеблется от 1 атмосферы на поверхности до 1000 атмосфер на дне океана. Даже на сравнительно умеренной глубине (900 м), где давление немного меньше ста атмосфер, кусок обыкновенной пробки или деревянный брусок теряет половину своего объема, сжимаясь за счет выжатого из него воздуха, и идет ко дну. Известны примеры, когда давление воды сплющивало закрытые с обоих концов полые цилиндры или когда стеклянные инструменты, опущенные на глубину 5500 м, ломались, несмотря на то, что были заключены в толстостенный медный ящик. Знаменитый океанограф прошлого века сэр Уайвилль Томсон называл такие явления "взрывами".

В первый момент нам кажется абсолютно немыслимым, чтобы живые организмы могли существовать под таким огромным давлением, и, действительно, еще не так давно считалось, что жизнь в море ограничивается его верхними слоями. Но исследования, проведенные при помощи глубоководных тралов, драг и планктонных сетей, показывают, что море на большой глубине не только не лишено жизни, а, напротив, населено самыми разнообразными организмами. Объяснение этому факту можно найти в том, что сама вода не сжимается с увеличением давления, и поэтому достигается равновесие между внутренними и внешними силами, воздействующими на ткани морских организмов. Таким образом, организмы, постоянно живущие на определенной глубине, не хуже приспособлены к давлению в своей среде, чем люди к не столь уж малому давлению атмосферы. Только в том случае, если им вздумается быстро опуститься или подняться, резко сменив при этом давление, они могут навлечь на себя беду. Так, если глубоководная рыба случайно окажется за пределами своей обычной среды, чрезмерное расширение воздуха в плавательном пузыре настолько увеличит ее плавучесть, что немедленно вытолкнет ее на поверхность. Уменьшение давления, кроме того, вызовет расширение тела и разрыв тканей. Выражаясь словами сэра Уильяма Гердмана, организм погибает, "разбившись при падении вверх".

Как будет показано выше, море отнюдь не представляет собой единородную среду, в которой морские организмы могут свободно передвигаться с места на место. Оно состоит из ряда биологических зон, отделенных друг от друга такими же реально существующими границами, какими являются горные хребты на поверхности земли. Единственное отличие их состоит в том, что эти морские барьеры не столь зримы и материальны, как наши горы; они скорее напоминают климатические границы, которые незаметно, но действенно обусловливают распределение растительного и животного мира на земле. При этом не следует забывать, что так же, как на земле, в море существуют некоторые менее привязанные к данной среде организмы, которые способны проникать через эти барьеры, используя для жизни более обширные области. Например, кальмары и киты, так же как некоторые породы рыб, используют для жизни более обширные области, чем, скажем, устрицы или губки, или даже многие другие свободно передвигающиеся организмы, которые тем не менее привязаны к весьма определенной температуре, давлению и солености.

Всего сказанного достаточно, чтобы дать представление о том, какие естественные факторы действуют в море, определяя его характер как места обитания живых существ. В заключение этой главы мы хотим кратко объяснить значение некоторых терминов, которыми пользуются ученые для классификации отдельных зон в море. Эти термины не основаны на тех естественных критериях, о которых шла речь выше, и по большей части взяты произвольно. Однако они удобны и понадобятся читателю, чтобы лучше понять то, о чем мы будем говорить в последующих главах.

Море само по себе является одной из трех великих естественных областей Земли, способных поддерживать жизнь. Эти области принято называть "биоциклами", и все вместе они составляют "биосферу". Кроме океанического биоцикла, существуют также наземный биоцикл и пресноводный биоцикл. Читатель, возможно, спросит, где же атмосферный биоцикл? Однако атмосфера рассматривается как продолжение трех других биоциклов, куда живые организмы, такие, как птицы и насекомые, поднимаются лишь на ограниченное время.

Океанический биоцикл является, пожалуй, самым большим из всех, и не только потому, что моря занимают большую часть земной поверхности. Некоторые наземные животные и растения, обитающие под поверхностью земли, углубляются в землю в лучшем случае на 1-2 м, тогда как в некоторых частях Мирового океана жизнь присутствует даже на глубине свыше 10 км.

Деление океана на естественные зоны

Океанический биоцикл охватывает две основные крупные области - "пелагическую" и "бентическую". Первый термин происходит от греческого слова "pelagikos" ("море") и употребляется для обозначения самой водной массы океана, второй - "benthos", тоже греческий по своему происхождению,- употребляется для обозначения морского дна, простирающегося от уровня прилива у берега до самых больших глубин океанических впадин. Как пелагическая, так и бентическая области, в свою очередь, как показано на диаграмме, разделяются на подобласти.^*

^* (В 1928 г. на Всесоюзном гидрологическом съезде советскими исследователями была принята единая схема вертикальных зон моря для бентали, несколько отличающаяся от схемы, приведенной автором. В дальнейшем эта схема несколько изменилась в соответствии с накопившимся материалом. Положение границ различных зон дано относительно среднего уровня моря.)

Как видно из диаграммы, пелагическая область подразделяется на две основные зоны - прибрежную (неретическую) и океаническую. Граница между этими двумя зонами по вертикали взята несколько условно: она проходит по кромке материковой отмели (или континентального шельфа), т. е. на глубине примерно 200 м. Все, что лежит глубже этой границы, составляет океаническую область, все, что лежит выше,- прибрежную. Кроме глубины, при разделе на зоны принимается во внимание и другой важный фактор. Эта граница, отделяющая материковую отмель (континентальный шельф) от материкового склона и ложа океана, является также приблизительной границей между освещенным верхним слоем воды и погруженными в полумрак и полный мрак глубинными слоями. Таким образом, если прибрежная (неретическая) зона является царством света, то в океанической зоне свет проникает только в самый верхний ее слой. Ниже указанной границы освещенность быстро падает и начинается область непроницаемого мрака морских глубин.

Бентическая, или донная, область также делится на две части, соответствующие делению находящихся над ней верхних масс: под прибрежной (неретической) областью располагается литоральная зона, где дно постоянно освещено солнечным светом; за океанической областью следует глубоководная зона. Эти две зоны, в свою очередь, подразделяются: первая - на элиторальную, или осушную, зону и сублиторальную, а вторая - на батиальную и абиссальную. В основу разграничения первых двух зон - литорали и сублиторали- берется наибольшая глубина распространения водорослей^*, граница же между вторыми двумя зонами несколько менее определенная и проводится различными океанографами на разных глубинах. Критерием обычно служит характер фауны и степень изменчивости гидрологических условий, однако этот специальный вопрос уже выходит за пределы нашей книги.

^* (Автор неверно указывает границу между литоралью и сублиторалью. Принято считать, что литораль, или осушная полоса, занимает область склона берега от наиболее высокого приливного, или нагонного, до наиболее низкого отливного, или сгонного, уровня. От границы максимального отлива, или максимального сгона, до низшей границы распространения водорослей располагается сублитораль. (Прим. ред.))

В этой главе нам пришлось использовать некоторое число специальных терминов; в последующих главах, где мы собираемся коснуться основных видов морских существ, читателю, возможно, придется встретиться даже с еще большими трудностями. Однако мы просим его быть снисходительным, так как надеемся, что излагаемый ниже более живой материал достаточно интересен, чтобы стоило приложить к нему некоторые усилия. Полученные знания помогут читателю в дальнейшем разобраться в сложной истории моря, которую без этого понять невозможно. Они также, надо полагать, усилят его восхищение и интерес к законам, управляющим великой драмой жизни в Мировом океане.