Когда в первые полмиллиарда лет существования нашей планеты проливные дожди помогали слиянию только что зародившихся материков, Земля была почти полностью покрыта океаном, исключение составляли лишь несколько вулканических островов. Даже сегодня океан продолжает покрывать более 70 % поверхности планеты и содержит более 96 % всей воды на Земле. Поначалу океан был, вероятно, не слишком соленым. Однако со временем дождь, ветер, лед и прибои выветривали толстую континентальную кору, вымывая соли в виде ионов, например ионы натрия и хлора. Они в свою очередь попадали в море. При испарении морской воды соль никуда не исчезала, а накоплялась[47]. Океан, таким образом, представляет собой уникальную смесь атмосферных и земных элементов. Океан напоминает большой котел, сосуд для смешения трех основных сфер планеты и их элементов.
Уже то, насколько низким был уровень солености древнеокеанских вод, может нас удивить. Однако этим дело не ограничивается. Подобно континентам и атмосфере, которые в какой-то степени были сформированы биологическими существами, многие из определяющих особенностей океана являются результатом жизнедеятельности обитающих в нем организмов. Конечно, первые одноклеточные существа появились вскоре после зарождения самой планеты. Но для появления более крупных и биологически сложных форм жизни потребовалось несколько миллиардов лет. В промежуток между этими событиями разнообразные микробы и продукты их жизнедеятельности, вступая в реакции с химическими элементами, формировавшими первоначальный состав океана, окрашивали моря в зеленый, ржаво-красный, розовато-фиолетовый, черный или молочно-белый цвета. Около 530 миллионов лет назад, во время кембрийского взрыва, в морях появились первые рыбы, что навсегда изменило морские пищевые цепи. Еще больше времени потребовалось для формирования нынешнего химического состава океана, без которого не была бы возможна современная жизнь на Земле. Наибольший вклад в эту трансформацию внесли не рыбы или какие-то другие крупные обитатели океана, а самый маленький и незаметный среди них – планктон.
Перед поездкой в Род-Айленд я решил получше узнать об этих крошечных жителях океана: я часами разглядывал планктон и был очарован его красотой. Как и более крупным и привычным нам морским обитателям, для опоры и защиты планктону необходимы раковины и скелеты. Эти невероятно разнообразные и изощренные структуры в этом смысле превосходят любого морского ежа, гребешка или ракушку. Если посмотреть на планктон вблизи, некоторые из этих микроорганизмов по форме напомнят вам люстру, плетеную корзинку или сахарную вату. Другие скорее похожи на крылья ветряной мельницы, дольки цитрусовых или леденцы. Есть и такие, что напоминают сосновые шишки, гарпуны, вязальные спицы, клюшки для гольфа, перевернутые шапки грибов, полоски радуги, фейерверки. Это разнообразие вдохновило многих натуралистов XIX века на создание изысканных мозаик и мандал. На стекле микроскопа они раскладывали похожий на драгоценные камни планктон, меняя его расположение при помощи лошадиного волоса или щетинки кабана. Эти миниатюры стоили очень дорого и приводили в восторг гостей салонов Викторианской эпохи. Современные фотографии высокого разрешения тоже захватывали дух, и все же я хотел познакомиться с планктоном воочию. Для этого мне нужен был доступ к достаточно мощному микроскопу и человек, умеющий им пользоваться.
Собрав пробы планктона в заливе Наррагансетт, мы встретились с Агарвалом в университете Род-Айленда, располагавшемся в нескольких шагах от берега. Я нашел его в привычном для него месте – в лаборатории Высшей школы океанографии, где он каждую неделю подсчитывал и определял виды планктонных организмов. Рядом с Агарвалом лежали семь изрядно потрепанных полевых справочников с подробными зарисовками местных видов планктона и счетчик с длинными рядами огромных пластиковых кнопок. Каждый вид на счетчике был определенным образом обозначен, и это помогало составить представление о произошедших со временем изменениях в составе планктона в заливе. Позади нас находилась часть накопленного за 60 лет «планктонного» архива. Агарвал открыл одну из коробок и достал несколько стеклянных пробирок: их содержимое менялось по цвету от шафрановых оттенков до орехового и зеленого. В каждой пробирке находился образец планктона в йодном растворе, необходимом для сохранения его клеточных структур, – так его можно было изучать.
Агарвал предложил мне сесть у микроскопа и изучить тот планктон, что мы собрали. Поблизости располагался монитор: он был подключен к микроскопу, и на нем мы могли одновременно видеть одно и то же изображение. Я настроил фокус, и на экране отобразилось длинное сегментированное существо: оно было все в шипах и сразу напомнило мне многоножку мухоловку обыкновенную. «Это диатомовая водоросль из рода Chaetoceros», – пояснил Агарвал. Как он рассказал, каждый из этих сегментов представляет собой одну клетку с шиповидным кремниевым панцирем. Вместе они составляют колонию в виде цепочки. Планктонные организмы на других предметных стеклах напоминали мне то тонко нарезанный миндаль, то гантели, то вычурные звезды с новогодней елки или даже нанизанные на зубочистку оливки для мартини. Наконец, нам попался организм, похожий на чрезвычайно хрупкую сосульку. «Это длинное игольчатое нечто – фитопланктон, возможно, тоже диатомовый», – сказал Агарвал. Надеясь определить вид этой планктонной водоросли, он полистал пожелтевшую брошюру под названием «Руководство по фитопланктону залива Наррагансетт, Род-Айленд» (Guide to the Phytoplankton of Narragansett Bay, Rhode Island). Сделав паузу, он произнес: «Жизнь, конечно, сложная штука».
Термин «планктон» не отсылает к какому-либо собранию близкородственных видов, а скорее является собирательным названием для чрезвычайно разнообразных дрейфующих организмов. Именно поэтому существует огромное количество наслаивающихся друг на друга систем и классификаций. Если упрощать, планктон делится на две категории: растительные организмы составляют фитопланктон, а животные – зоопланктон. Но многие виды обладают признаками и тех и других. Цианобактерии и другие микроскопические представители фитопланктона, обитающие в океане, – первые фотосинтезирующие организмы на Земле. Около половины всего фотосинтеза на планете сегодня происходит в их клетках. Несмотря на повсеместное распространение, фитопланктон до сих пор хранит множество загадок.
Только в 1980-х годах океанографы Сэлли «Пенни» Чисхолм, Роберт Олсон и их коллеги, поместив в море лазерный счетчик клеток, обнаружили род цианобактерий под названием Prochlorococcus, который оказался самым маленьким и самым многочисленным фотосинтезирующим существом на планете. В капле морской воды содержится около 20 000 клеток Prochlorococcus, а на Земле – три октиллиона[48]. Однако они настолько малы, что раньше никто их не замечал.
Еще одна распространенная группа фитопланктона – одноклеточные диатомовые водоросли, или диатомеи. У диатомей стеклянный экзоскелет: они облачены в жесткие, перфорированные, часто радужно переливающиеся оболочки из кремнезема – основного компонента стекла. Две половинки панциря соединяются между собой так же, как плотно прилегающие друг к другу половинки жестяной коробки от печенья. Другая группа микроводорослей, кокколитофориды, также скрывается за броней, но она состоит из мела, а не из стекла. Они сооружают раковины из накладывающихся друг на друга чешуек карбоната кальция – минерала, из которого состоят известняк и мрамор, того самого мела, которым когда-то писали на доске в школе[49].
Подобно растениям, составляющим основу пищевой цепи на суше, фитопланктон питает моря. Зоопланктон же поедает своих зеленых сородичей и друг друга. Радиолярии – одноклеточные представители зоопланктона, которые, как и диатомеи, создают стеклянный домик из кремнезема. Их панцирь обычно принимает коническую или сферическую форму, напоминающую наперстки эпохи барокко и первый космический спутник, – он решетчатый и украшен диковинными шипами и выступами. Фораминиферы создают многокамерные раковины из песка, ила, карбоната кальция и даже останков других планктонных организмов. Форма этих раковин очень разная: они могут выглядеть как трубки с отверстием на конце, как завитки, похожие на наутилусов, как пучки чего-то, напоминающего личи. В отличие от большинства видов одноклеточного планктона, фораминиферы могут вырастать до очень больших размеров, иногда более 18 сантиметров в длину.
Инфузории-тинтинниды, название которых происходит от латинского слова «звон», живут в колоколообразных раковинах и используют свои ротовые щетинки для того, чтобы ловить более мелких микробов. Похожие на волчки динофлагелляты кружатся в воде с помощью своих ленто- и хлыстообразных жгутиков, защищая себя за счет пластинок целлюлозы – того же органического соединения, которое придает жесткость стенкам растительных клеток. Примерно половина всех динофлагеллят питается другими микроорганизмами, а вторая половина занимается фотосинтезом. Если их потревожить, некоторые засветятся необычным голубым светом и будут освещать бушующие волны, бока китов и подводных лодок, а также свежие следы на песке.
Более крупные планктонные организмы едят более мелких, в том числе личинок рыб и ракообразных, которые, в свою очередь, питают целый ряд еще более крупных морских обитателей, от сельди и кальмаров до тюленей и дельфинов. В конечном итоге выходит так, что планктон поддерживает всю морскую жизнь. Некоторые из усатых китов – самые крупные из ныне существовующих животных – питаются исключительно мелкой рыбой, крилем и планктоном. Это лишь подтверждает изобилие и значимость крохотных существ.
В среднем в одной капле морской воды могут быть десятки тысяч планктонных организмов, но иногда их гораздо больше. Когда штормы, сменяющиеся ветры и течения выносят на поверхность богатые питательными веществами глубинные воды или когда реки выносят удобрения в прибрежные воды, некоторые виды планктона, в частности динофлагелляты и диатомиты, размножаются гораздо быстрее, чем обычно, потенциально заполняя каждый миллилитр воды миллионами клеток. Подобное цветение воды иногда видно из стратосферы, ведь оно может достигать поразительных размеров – около двух миллионов квадратных километров, что примерно равно площади Мексики. Планктон настолько крошечный и вездесущий, что иногда кажется, будто он представляет собой не столько океанических существ, сколько атомы самого океана. Без планктона современная экосистема океана, да и сама идея океана, как мы ее понимаем, была бы невозможна.