Зафиксировать на глубине биолюминесценцию в действии невероятно сложно. Яркие огни подводного аппарата, как правило, затмевают природное свечение. Когда же фары аппарата выключены, свечение животных может оказаться кратковременной вспышкой, слишком тусклой, чтобы камера смогла ее зафиксировать, даже если она направлена в нужную сторону.
Большинство светящихся морских существ, сфотографированных и снятых на видео во время излучения света, находились в лабораториях. Там этих животных подталкивают или опускают в химические вещества, чтобы заставить их излучать свет. Направьте луч света на биолюминесцентный организм – и он мигнет в ответ. Но это всего лишь существа, способные светиться. Они не могут делать это по своему желанию, не подмигивают друг другу и не посылают во тьме сообщения-вспышки своим товарищам, хищникам или добыче. Чтобы узнать, как животные используют биолюминесценцию, необходимо наблюдать за ними в среде их обитания.
Людям удавалось заметить биолюминесценцию через иллюминаторы подводных аппаратов. Наши глаза способны быстро адаптироваться к темноте и обнаруживать слабые вспышки света. Однако нет никакого способа записать, воспроизвести и проанализировать то, что воспринимает человеческий глаз. В 1994 году Хэддок погружался в спускаемом аппарате на глубину около 760 метров близ Багамских островов. Во время спуска он заметил промчавшегося мимо червя – морскую стрелку, оставившего за собой шлейф голубого свечения. Ранеее считалось, что эти тонкие прозрачные существа не способны излучать свет, и только свидетельство Хэддока об этой мимолетной вспышке служило доказательством обратного. А недавно ученый, используя новую сверхчувствительную камеру, установленную на подводном аппарате с красными фарами, чтобы не спугнуть животных, заснял, как морская стрелка выпускает в воду светящиеся вращающиеся кольца, похожие на пончики. Убедившись в эффективности такой камеры, Хэддок составил список того, что он надеется однажды заснять, – от так называемой акулы-фонаря, рыскающей по сумеречной зоне в ореоле голубого света в области брюха, до кальмаров, размахивающих двумя длинными щупальцами, как удочками, покрытыми манящими мерцающими огоньками.
Способность глубоководных животных излучать свет привела к некоторым удивительным приспособлениям. Рыбы, обитающие на глубине в пресноводных водоемах и реках или в глубоких пещерах, обычно теряют зрение и порой даже глаза, поскольку эти сложные органы становятся не нужны в постоянном мраке. А у рыб темных морских глубин все наоборот: у них развилось чрезвычайно острое зрение – и все для того, чтобы обнаруживать биолюминесценцию. Их глаза стали сверхчувствительными, в сетчатке десятки фотопигментов, настроенных на различные длины волн света, поэтому они могут не только видеть слабые вспышки, исходящие от других животных, но и различать цвета. Большинство других позвоночных с наступлением темноты становятся дальтониками, в том числе люди. Палочки в их сетчатке, отвечающие за зрение при низкой освещенности, содержат только один тип пигмента. В то же время у одного из видов рыб, серебристой диретмы, недавно было обнаружено тридцать восемь типов пигментов палочек. Ученые секвенировали гены этой рыбы и воспроизвели пигменты в лаборатории, а затем, направив на них свет, определили, к каким длинам волн они наиболее чувствительны. Выяснилось, что, плавая в сумеречной зоне, эти маленькие рыбки могут различать гораздо больше оттеночных нюансов синего и зеленого (наиболее распространенных цветов биолюминесценции), чем глаз человека.
Глубоководное свечение вынудило животных выработать способы оставаться незаметными. Многие хищники во время охоты используют собственные «прожектора», и даже просто двигаясь на глубине, они могут непроизвольно светиться, беспокоя планктон и частицы морского снега, которые начинают искриться при прикосновении к ним. Кожа, отражающая как можно меньше света, обеспечивает конкурентное преимущество, то есть животные с меньшей вероятностью будут замечены. Как следствие, в океанах плавает множество рыб ультрачерного цвета. Карен Осборн вместе с коллегами приступила к сбору образцов черной рыбьей кожи. Измерения их отражательной способности показали, что некоторые глубоководные рыбы являются самыми черными животными на планете, составляя конкуренцию райским птицам с их ультрачерными перьями, служащими для компенсации красочного оперения и усиления эффекта ярких брачных ритуалов. Изучив кожу рыб под микроскопом, Осборн и ее команда обнаружили, что в ней полно меланина, того же пигмента, который содержится в коже человека и многих животных. Ключом к исключительной черноте кожи рыб является размер и расположение гранул меланина. Когда фотоны света попадают на кожу, они отскакивают, оказываясь между гранулами (подобно мячу, который рикошетит между флипперами и бамперами в пинбольном автомате) и, по сути, в ловушке, из которой выходит очень мало света[37].
Опубликованное в 2020 году исследование показало, что кожа с меланиновыми гранулами встречается у глубоководных рыб весьма часто. Карен Осборн с коллегами выявили семь случаев автономного развития рыб с кожей ультрачерного цвета в шестнадцати отдаленно родственных видах. Некоторые из них пользуются своей чернотой, чтобы не пасть жертвой других светящихся животных, другие не дают своим биолюминесцентным приманкам отражаться от собственного тела, чтобы не выдать себя. Все эти наблюдения показывают, что в бессолнечном царстве морских глубин нужно не только уметь создавать свет, но и прятаться в тени, которая темнее самой морской пучины.
В мире хемосинтеза
Когда ученые обнаружили крабов-йети, было бы поэтично, если бы оказалось, что они питаются морским снегом. На самом деле они делают нечто более странное. Впервые эти ракообразные отвратительного вида были замечены в 2005 году во время глубоководной исследовательской экспедиции в восточной части Тихого океана, к югу от острова Пасхи. Краб-йети – бледноокрашенное существо с туловищем размером с большой палец и длинными передними клешнями, покрытыми пышным ворсом, или щетинками. Глядя на его клешни, оканчивающиеся дурацкими округлыми щипцами, и на светлую ворсистую шкурку, кажется, что этот глубоководный краб похож на персонаж из «Маппет-шоу».
Один из таких крабов был недавно извлечен из глубин и официально назван «пушистой Кивой» (Kiwa hirsuta) в честь полинезийского бога моря – Кивы, а hirsuta в переводе с латыни означает «волосатый», «лохматый». Но все по-прежнему называют их крабами-йети[38].
На теле первого найденного краба-йети обнаружили колонии нитчатых бактерий. Это натолкнуло ученых на мысль, что у этого вида довольно необычный способ питания: он выращивает в своих мохнатых «рукавах» микробов, а затем поедает их. И бактерии эти необычные; они способны делать то, что еще несколько десятилетий назад считалось невозможным. Нетипичное поведение микробов позволяет крабу, а также множеству других животных успешно обитать в гидротермальных кратерах – одних из самых невероятных, неприступных и опасных мест в океане.
Впервые ученые увидели гидротермальный кратер в 1977 году, погрузившись на дно в спускаемом аппарате «Элвин» в другом районе восточной части Тихого океана, к северу от Галапагосских островов. «Разве глубокий океан не должен походить на пустыню? – изумился геолог Джек Корлисс, говоря по телефонной связи из „Элвина“ с кораблем, находящимся в двух с половиной километрах над ним. – Здесь полно всякой живности».
Глядя в иллюминатор «Элвина», Корлисс увидел высокие жерла, из которых лилась мерцающая жидкость, а вокруг находились тысячи животных. Он заметил червей длиной более двух с половиной метров с алыми перьями и моллюсков размером с суповую тарелку. Сам того не ведая, Корлисс смотрел на лишенную солнечного света экосистему, которая произведет революцию в представлениях о жизни на Земле.
С тех пор было обнаружено более 650 глубоководных гидротермальных районов с десятками или даже сотнями жерл в каждом. Около трехсот из них подтверждены визуально, остальные выявлены на основе химических и геологических тестов. Гидротермальные источники образуются вдоль срединно-океанических хребтов – подводных горных цепей, пересекающих планету по краям тектонических плит. Их можно обнаружить и в средних частях плит, на склонах и вершинах подводных гор, а также в зонах субдукции, где цепи подводных вулканов расположены дугами вдоль океанических впадин. Во всех этих вулканических районах из мантии в океаническую кору поднимаются камеры с расплавленной магмой. Морская вода просачивается в них через трещины в морском дне на глубину до пяти километров, в зависимости от глубины магматической камеры. Достигнув раскаленной расплавленной породы, вода перегревается и устремляется вверх по глубоким трещинам в коре. По пути морская вода вступает в реакцию с окружающими породами, захватывая растворенные минералы и металлы. Существенно изменив свой химический состав, циркулирующая морская вода превращается в так называемый гидротермальный раствор, который продолжает подниматься вверх и в конце концов прорывается через морское дно, подобно глубоководному аналогу горячих источников и гейзеров на суше, только гораздо горячее и токсичнее. Как правило, гидротермальные источники выбрасывают растворы, температура которых измеряется сотнями градусов, лишь огромное давление морских глубин не позволяет им закипеть и превратиться в газ.
Было подсчитано, что весь объем океана проходит через гидротермальные источники каждые десять-двадцать миллионов лет. Эта так называемая гидротермальная циркуляция действует как гигантский реактор, она уравновешивает химический состав океана и забирает тепло из недр Земли.
При столкновении извергающегося раствора с холодной морской водой некоторые из растворенных минералов и металлов выпадают в осадок и застывают, со временем образуя шпили и жерла, причем скорость роста некоторых из них достигает 30 сантиметров в день.