Скачать (416 Кб)

Живущие в пене морской

Р. Короткий
Химия и Жизнь №,12 1971 г, с.58-64

Многие из нас твердо убеждены, что во время летнего отпуска на черноморском пляже или Рижском взморье надо закалять горло - полоскать его морской водой, а поцарапанную о камень ногу промывать в море. Такие представления имеют глубокие корни. Ведь еще древним море представлялось "смывающим всю грязь и раны мира". А так ли это? Полоскать или не полоскать?

НА ГРАНИЦЕ ВОДЫ И ВОЗДУХА

Миф о прекрасной богине, рожденной из морской пены, не так уж далек от истины. Существует гипотеза о том, что именно морская пена была колыбелью жизни на Земле. Выдвинутая английским ученым Джоном Берналом, эта гипотеза основана на том, что в пене концентрируются органические вещества, растворенные в толще воды. По образному сравнению Бернала, жизнь, подобно Афродите, возникла из пены морской.

Но эта пена и сейчас образуется на трех четвертях поверхности нашей планеты. Если допустить, что она была в состоянии породить жизнь в пустынном Первичном океане, то закономерен вопрос: что она порождает сейчас - только ли поэтические ассоциации или нечто материальное?

Долгое время ученые полагали, что поверхностный слой моря не таит в себе ничего особенно интересного; основным объектом исследований гидробиологов были организмы, населяющие толщу воды и дно водоемов. Верхние же несколько сантиметров водной толщи и морская пена, постоянно подвергающиеся действию солнечной радиации, волн, ветра, считались почти необитаемыми, чуть ли не "океанической пустыней".

Только в 60-х годах член-корреспондент АН УССР Ю. П. Зайцев доказал, что в пятисантиметровом верхнем слое водной толщи обитает богатое и разнообразное население, приспособившееся к условиям жизни на границе моря и атмосферы. Открытый им комплекс организмов получил название гипонейстона, и для его изучения в Одесском отделении Института биологии южных морей им. А. О. Ковалевского был создан специальный отдел.

Перенесенные на другие моря и океаны исследования обнаружили всюду одну и ту же картину - богатую и разнообразную жизнь на самой поверхности воды. Оказалось, что гипонейстон - обширное сообщество организмов в Мировом океане. Он выполняет важнейшую роль, служит своего рода инкубатором или питомником для молоди сотен и тысяч видов беспозвоночных и рыб. Именно здесь воспроизводятся запасы тех организмов, в которых все больше нуждается быстро растущее человечество.

Разнообразные живые организмы со всеми удобствами живут под самой крышей водной толщи, под пленкой поверхностного натяжения. Для одних это постоянная жилплощадь, другие здесь - квартиранты, снимают номер на время, поднимаясь в приповерхностный слой лишь ночью или, наоборот, только в дневное время. Для третьих обитателей водной стихии гипонейстон служит детским садом, где вдоволь пищи и солнца; лишь повзрослев, они навсегда покидают его. Здесь встречаются веслоногие рачки и ночесветки, личинки моллюсков, икра и мальки, креветки и другие донные организмы... Все эти живые существа образуют пищевую цепь, каждое звено которой существует за счет предыдущего. И первое звено этой цепи - бактерии. Численность бактерий у поверхности моря и в морской пене оказалась в десятки, сотни и тысячи раз выше, чем в водной толще!

Автор этого открытия - руководитель первой и единственной в стране лаборатории бактерионейстона и бактерио-планктона Института биологии южных морей А. В. Цыбань провела одиннадцать экспедиций за бактериями в различные районы Мирового океана: в Черное и Азовское моря, в Аляскинский залив, в район Алеутского желоба, в Японскую и Идзу-Бонинскую впадины. Исследования показали, что такая высокая численность бактерий сохраняется в приповерхностном слое и в тихую погоду, и в шторм, когда волнение достигает 5-6 баллов.

Круговорот веществ в океане

В чем же все-таки причина такого обилия жизни в приповерхностном слое? Оказывается, одной из важных предпосылок возникновения гипонейстона в Мировом океане и служит морская пена - сгусток растворенных органических, веществ, столь необходимых для развития жизни.

ВВЕРХ ПО ЛЕСТНИЦЕ, ВЕДУЩЕЙ ВНИЗ

Между морем и атмосферой происходит постоянный обмен теплом и газами, влагой и химическими соединениями. Питательные вещества несет с собой, например, ветер: это пыльца растений, споры, наземные насекомые, унесенные с суши (они могут падать в море в десятках и сотнях километров от берега). Все это пополняет рыбий рацион. Даже погибшие насекомые долгое время еще не тонут; постепенно погружаясь, они служат кладовой пищи для коренных обитателей водной стихии. Свою лепту в обогащение поверхности моря питательными веществами вносят и речные стоки, и дожди, промывающие атмосферу.

Питательные вещества поступают на поверхность моря и снизу, из водной толщи. Долгое время считалось, что здесь органическое вещество передвигается только в одном направлении - сверху вниз. Действительно, на дно морей постоянно падает "дождь трупов" - погибших организмов и других органических остатков. Но это, оказывается, не единственный путь миграции органики в океане. Органические вещества столь же непрерывно транспортируются из толщи воды и со дна на поверхность. Их несут с собой прежде всего пузырьки воздуха и других газов, возникающие в результате волнения моря, разложения органических остатков, фотосинтеза и температурных колебаний. Поднимаясь вверх, пузырьки пронизывают толщу воды, по пути адсорбируют органику и доставляют ее на поверхность.

Еще один источник обогащения поверхности моря питательными веществами - "антидождь", открытый сотрудницей Института биологии южных морей Л. М. Зелезинской. Она обнаружила, что остатки некоторых морских организмов, например ракообразных, в результате разложения приобретают положительную плавучесть (пузырьки выделяющихся газов задерживаются под их наружным скелетом) и поднимаются вверх.

Все это способствует созданию на поверхности моря органической пленки - кормовой базы бактерионейстона. Пищи здесь гораздо больше, чем в водной толще.

Органическая пленка не образует на поверхности океана сплошного равномерного покрова. Скорее ее можно сравнить с рваным одеялом, которое лишь местами покрывает водную гладь. Но и это - в штиль. А ветер и волны взбивают пленку в пену, которая по существу

АНАТОМИЯ МОРСКОЙ ПЕНЫ

Пена постоянно образуется на поверхности морей и океанов из огромных запасов органических веществ, которые выбрасываются в воду живыми и мертвыми обитателями моря. Концентрация этих удобрений и порождает бурную вспышку жизни. Первыми откликаются бактерии. Они развиваются здесь, как на искусственной питательной среде. Бактериями питается множество простейших, затем мелких многоклеточных, и так, звено за звеном, строится вся цепь организмов гипонейстона - от бактерий до рыб. В поверхностном слое моря рыбья молодь прекрасно обеспечена необходимой пищей. К тому же только в верхних сантиметрах воды мальки могут получить инфракрасные и ультрафиолетовые лучи солнечного спектра. Подрастая, молодые рыбы и донные животные уходят из поверхностного слоя, а в процессе жизни и после смерти возвращают органические вещества, которые извлекли из пены...

Пути миграции питательных веществ в приповерхностных слоях моря

Состав пены сложен и изменчив, как изменчиво само море. Какие же бактерии живут в ней? Первый ее детальный анализ был проведен лишь сравнительно недавно. Сотрудники лаборатории бактериопланктона совершили для этого несколько специальных рейсов на научно-исследовательском судне "Миклухо-Маклай" в районы гидрофронтов, где воды Днестра и Дуная встречаются с морем. Чтобы не нарушать чистоту опыта, исследователи отходили на шлюпке на полторы-две мили от судна, пену собирали стерильными лопатками. Бактериальному анализу подвергался отстой пены, собранный в стерильные колбы. Он совершенно непохож на привычные нам белоснежные хлопья на гребнях волн. "Второе лицо" пены - это густая, прозрачная, желтоватого или зеленоватого цвета жидкость. Отстой высевали на питательные среды - экстракты водорослей, бульоны из мидий и рыб, приготовленные на морской воде. И открылся в пене удивительный, богатейший микромир - тысячи, десятки и сотни тысяч клеток сапрофитных бактерий в миллилитре пенного отстоя!

ПЕНА-ДРУГ ИЛИ ВРАГ?

Как-то мы с одним из сотрудников лаборатории ехали мимо лимана. Было ветрено, по воде гнало зыбь. Хлопья пены, поднятые ветром, срывались с поверхности воды, выплескивались на берег и неслись над полем, постепенно оседая на землю и как бы тая. Я сказал своему спутнику, что эти белые хлопья напоминают перекати-поле. "Скажите лучше - "сгуби-поле", так будет правильнее",- мрачно ответил тот и рассказал мне, что пена - враг полей, что от нее болеют и гибнут растения. Особенно большой вред пена приносит в Японии, где посевы часто расположены у самой воды, пена в большом количестве скапливается у берегов, и ветер разносит ее по полям. Этим не исчерпываются беды, приносимые пеной. Были случаи, когда пенные валы, осевшие на рельсах, не хуже гололеда задерживали поезда, а, попадая на провода, клочья пены нередко становятся причиной аварий на линиях электропередач. В некоторых приморских странах приходится разрабатывать специальные средства борьбы с пеной.

Бактерии - обитатели гипонейстона

Значит, пена - враг? Но не нужно забывать, что именно в пене концентрируются растворенные в толще воды органические вещества, азот, соли калия. В лаборатории бактерионейстона и бактериопланктона обнаружили, что если концентрированный отстой пены подавляет рост растений, то ее водные растворы, наоборот, обладают стимулирующим действием! Морская пена в состоянии ускорить рост и развитие не только морских организмов, но и зеленых растений. Как считают в лаборатории, одна из основных причин такого благотворного действия пенного раствора - присутствие в нем бактерий, стимулирующих рост. К ним относится, как выяснилось, более половины бактерий пены, в основном принадлежащие к роду Pseudomonas. Стимулирующие свойства сохранил и порошок, приготовленный из некоторых культур пенной микрофлоры. Сейчас в лаборатории выясняют, какие именно вещества, выделяемые бактериями, оказывают стимулирующее действие.

Исследование пены принесло немало сюрпризов. Например, она оказалась в тысячи раз более радиоактивной, чем сама вода. И это тоже небезразлично для ее обитателей.

Что же касается смертоносной для бактерий солнечной радиации, то причины феноменальной устойчивости к ней организмов гипонейстона до конца еще не раскрыты. Но некоторые предположения уже можно высказать. Ученые обратили внимание на одну особенность обитателей верхнего этажа моря: все они окрашены в самые яркие и разнообразные цвета - желтые, желто-зеленые, коричневые, оранжевые, красные. Такая яркая окраска очень редко встречается среди обитателей водной толщи. А по мнению академика А. А. Имшенецкого, пигментированные бактерии более устойчивы к действию ультрафиолетовых лучей, чем их бесцветные собратья...

Впрочем, существует и реальная возможность влиять на некоторые процессы самоочищения морской воды и даже управлять ими - и опять-таки с участием пены.

Например, подобрать и поселить в прибрежной зоне, в ее самом богатом жизнью - приповерхностном слое полезные микроорганизмы, которые ускоряли бы биохимическое окисление органических веществ или выступали бы антагонистами по отношению к болезнетворным микробам суши...

Но пока еще молодая область морской микробиологии, изучающая бактерионейстон, ставит больше вопросов, чем дает ответов. Ученым еще много предстоит узнать о жизни на границе моря и атмосферы.

"ПОЛОСКАТЬ ИЛИ НЕ ПОЛОСКАТЬ?"

Мощные системы самоочищения морской воды - химические, физические и биологические - довольно быстро расправляются со многими бактериями, которые выносят в море речные воды. Морская вода - неблагоприятная среда для болезнетворных микробов.

Но вот передо мной выписка из "Бюллетеня Всемирной организации здравоохранения". В нем приведено сообщение французского ученого Ж. Бризу, который проанализировал множество случаев инфекционных заболеваний, вызванных... купанием в "чистой" морской воде. Оказывается, в местах большого скопления людей и сброса сточных вод - вблизи портов, курортов и многолюдных пляжей - система самоочищения морской воды дает сбой. Море у берега уже не успевает так быстро расправиться с загрязнениями. Замедляются процессы отмирания в морской воде земной микрофлоры и биохимического окисления органических веществ. А уцелевшие микроорганизмы, в том числе болезнетворные, могут накапливаться именно в пене, которая в избытке образуется у берегов. Так что не спешите полоскать горло морской водой…