Теңіз түбіндегі қараңғыда жануарлар қалай өмір сүреді

Біздің планетамыздағы тіршілік ең экстремалды жағдайларға бейімделу қабілетімен таңғалдырады – күйіп тұрған шөлдерден бастап Арктиканың мұздарына дейін. Алайда тіршілік ету ортасының ішінде мұхиттың күн сәулесі жетпейтін терең шұңғымалары сияқты соншалықты қолайсыз орта сирек кездеседі. Екі жүз метрден төменде мәңгілік қараңғылық орнайды, қысым атмосфералық қысымнан жүздеген есе жоғары болады, ал судың температурасы нөлден сәл ғана жоғары көтеріледі. Соған қарамастан дәл осы жерде Дүниежүзілік мұхит биомассасының шамамен сексен пайызы тіршілік етеді – бұл тереңдіктерді жансыз кеңістік деп қабылдайтын интуитивті түсінікті жоққа шығаратын таңғаларлық дерек. Эволюция терең сулы аймақтарда өмір сүретін ағзаларды сенсорлық, физиологиялық және мінез-құлықтық бейімделулердің ерекше жиынтығымен қамтамасыз етті, соның арқасында абсолютті қараңғылық өлім қаупінен қалыпты тіршілік ортасына айналды.

Көрудің орнына сенсорлық бейімделулер

Мәңгілік қараңғылық аймағына көшкен кез келген ағза алдымен көру қабілетінің жоғалуымен немесе түбегейлі өзгеруімен бетпе-бет келеді. Эволюция бұл мәселені екі қарама-қарсы жолмен шешеді: кейбір түрлер көздерін толық жоғалтады, ал басқалары керісінше көру мүшелерін өте үлкен мөлшерге дейін дамытып, биолюминесцентті жарықтың әлсіз фотондарын да қабылдай алатын деңгейге жеткізеді.

Терең суда тіршілік ететін жануарлардың сенсорлық бейімделулерінің ішінде бүйір сызық ерекше маңызды. Бұл орган балықтар мен кейбір қосмекенділерге тән. Дененің бойымен орналасқан арнайы рецепторлар жүйесі судың ең әлсіз тербелістерін және қысым өзгерістерін тіркейді. Көздері мүлдем жоқ үңгір балығы астианакс дәл осы ерекше дамыған бүйір сызықтың арқасында кеңістікте еркін бағдарлап, кедергілерді байқап, олжасын таба алады.

Қоршаған ортаны қабылдаудың әсерлі механизмдерінің қатарына келесі жүйелер жатады:

• электрорецепция акулаларға, скаттарға және химераларға жақын маңдағы кез келген тірі ағзаның бұлшық еттерінің жиырылуы кезінде пайда болатын әлсіз электр өрістерін сезуге мүмкіндік береді;
• хеморецепция – иіс пен дәм сезудің біріккен ерекше дамыған түрі – терең судағы өлексежегіштерге судың ішінде молекулалардың өте аз концентрациясы арқылы жүздеген метр қашықтықтағы қорек көзін табуға көмектеседі;
• инфрадыбыстық есту төмен жиілікті тербелістерді қабылдап, су қабатында өте үлкен қашықтыққа таралатын сигналдар арқылы ірі объектілердің қозғалысы туралы ақпарат береді;
• кейбір түпкі ағзалардың сейсмикалық сезімталдығы субстраттағы дірілді қабылдап, көрші ағзалардың белсенділігіне олардың тікелей жақындауынан бұрын жауап беруге мүмкіндік береді.

Осы қабылдау жүйелерінің жиынтығы терең сулы ағзаларға қоршаған кеңістіктің егжей-тегжейлі «картасын» қалыптастырады. Бұл карта көру арқылы алынатын ақпараттан кем емес, тек ол мүлде басқа физикалық құбылыстарға негізделген.

Биолюминесценция – қараңғылықтың тілі

Толық қараңғылық жарықтың мүлде жоқтығын білдірмейді – ол тек күн сәулесінің жоқтығын білдіреді. Терең суда тіршілік ететін ағзалардың көпшілігі өз жарығын өндіруді үйренген. Биолюминесценция аң аулау, қорғаныс және байланыс құралына айналды. Әртүрлі бағалаулар бойынша терең сулы ағзалардың жетпіс-сексен пайызы жарық шығара алады. Бұл құбылысты тірі табиғаттағы ең кең таралған ерекшеліктердің біріне айналдырады.

Биолюминесценция механизмі люциферин ақуызының люцифераза ферментінің қатысуымен тотығу реакциясына негізделген. Эволюция бұл жарық шығару әдісін әртүрлі ағзалар топтарында – бактериялардан бастап балықтарға дейін – кемінде қырық рет тәуелсіз түрде қалыптастырған. Бұл оның бейімделу тұрғысынан ерекше маңызды екенін көрсетеді.

Әртүрлі түрлерде өз жарығын пайдалану функциялары айтарлықтай өзгеше болады.

1. Олжаны тарту – ең танымал стратегия. Мұны теңіз удильщигі айқын көрсетеді. Бұл балықтың маңдайындағы жарық шығаратын өсінді ұсақ ағзаның қозғалысын еліктіріп, қызыққан тереңдік тұрғындарын тікелей тістері бар аузына тартады. Ұрғашы удильщик жарықтың қарқындылығы мен ырғағын реттей алады, соның арқасында тірі жемнің әсерін өте шынайы етіп көрсетеді.
2. Контриллюминация арқылы қорғаныс кейбір кальмарлар мен балықтарға төменнен қарағанда көрінбей қалуға мүмкіндік береді. Қарын бөлігіндегі жарық шығаратын органдар жоғарыдан түсетін әлсіз жарыққа тең деңгейде жарық шығарып, силуэттің көлеңкесін жояды. Бұл әдісті Watasenia scintillans деп аталатын жарық шашатын кальмар төменнен шабуыл жасайтын жыртқыштардан қорғану үшін пайдаланады.
3. Түр ішіндегі байланыс көбею кезеңінде маңызды рөл атқарады. Шексіз қараңғы кеңістікте бір түрдің дарақтарының кездесуі өз алдына үлкен мәселе. Жарық шығаратын терең сулы балықтардың әрбір түрінде фотофор деп аталатын жарық органдарының ерекше орналасу үлгісі болады. Бұл түрге тән «штрихкод» өз түрінің өкілін бірден тануға мүмкіндік береді.
4. Жыртқыштарды үркіту кейде кенеттен пайда болатын жарқын жарық жарқылдары арқылы жүзеге асады. Мұндай жарқыл шабуылдаушыны бірнеше маңызды секундқа бағдарсыз қалдырады. Кейбір кальмарлар қауіп төнген кезде жарық шығаратын сұйықтық бұлтын шығарады. Бұл терең судың «сиялы пердесіне» ұқсас, бірақ ол жыртқыштың назарын жалған нысанаға аударуға қызмет етеді.

Биолюминесценция қараңғылықты шектеуден ресурстың бір түріне айналдырды. Мұндай ортада жарық күн сәулесімен толы үстіңгі қабаттарға қарағанда әлдеқайда көп ақпарат жеткізе алады.

Экстремалды жағдайларға физиологиялық бейімделулер

Қараңғылық – терең суда тіршілік ететін ағзаларға әсер ететін бірнеше қауіптің тек бірі ғана. Абиссаль аймақта қысым мың атмосфераға дейін жетеді, судың температурасы бір-екі градусқа дейін төмендейді, ал қоректік заттар өте аз болады. Мұндай жағдайда өмір сүру бүкіл физиологиялық жүйенің түбегейлі қайта құрылуын талап етеді.

Терең сулы ағзалардың қысым мен суыққа бейімделуі өмірдің биохимиясы табиғи сұрыпталудың ұзақ әсері кезінде қаншалықты икемді болатынын көрсетеді.

1. Газ толтырылған жүзу көпіршігінің орнына майлы қосындылардың жиналуы қалқып тұру мәселесін шешеді. Газға толы кәдімгі жүзу көпіршігі үлкен тереңдікте қысым әсерінен бірден сығылып кетер еді. Сондықтан көптеген терең сулы балықтар тіндерінде май қышқылдары мен балауыз тәрізді эфирлер жинайды. Олар қуыстарсыз-ақ бейтарап қалқымалылықты қамтамасыз етеді. Осы себептен көптеген абиссаль балықтарының еті жұмсақ әрі желімтек болып келеді.
2. Арнайы ақуыз-шаперондар мен антифриз тәрізді қосылыстар өте төмен температурада биохимиялық реакциялардың жүруін қамтамасыз етеді. Терең сулы ағзалардың ферменттері ерекше кеңістіктік құрылымға ие, ол суық жағдайда да икемділігін сақтайды. Мұндай қасиеттер фармацевтика саласында жаңа катализаторлар жасау үшін белсенді зерттеліп жатыр.
3. Зат алмасудың өте баяу жүруі абиссаль тұрғындарына аз мөлшердегі қорекпен өмір сүруге мүмкіндік береді. Арктиканың суық әрі қараңғы суларында тіршілік ететін гренланд акулалары жылына шамамен бір сантиметр ғана өседі және тек жүз елу жасқа келгенде жыныстық жетілуге жетеді. Бұл омыртқалылар арасындағы ерекше рекорд болып саналады.
4. Кейбір түрлерде керісінше алыптық немесе өте ұсақ өлшемдер байқалады. Мысалы, алып кальмар Architeuthis dux ұзындығы он сегіз метрге дейін жетеді. Үлкен дене жылуды жақсы сақтап, сирек кездесетін олжаны іздеу үшін үлкен қашықтыққа жүруге мүмкіндік береді. Ал терең су изоподтары өздерінің таяз суда тіршілік ететін туыстарынан әлдеқайда ірі болады. Бұл құбылыс терең су алыптығы деп аталады және оттегінің көп болуы мен бәсекелестіктің аздығымен түсіндіріледі.

Әрбір бейімделу миллиондаған жылдар бойы жалғасқан табиғи сұрыпталудың нәтижесі болып табылады.

Фотосинтез жоқ әлемдегі қоректену стратегиялары

Абиссаль аймақ ұзақ уақыт бойы ғалымдарға бір сұрақ тудырды: егер күн сәулесі мұнда жетпесе, тіршілікке қажетті энергия қайдан келеді? Фотосинтез – жердегі және таяз судағы экожүйелердің негізгі энергия көзі – мұнда мүмкін емес. Соған қарамастан өмір басқа энергия көздеріне сүйене отырып дамиды.

Терең сулы ағзалардың қоректену стратегиялары энергия тапшылығын шешудің әртүрлі жолдарын көрсетеді:

• «теңіз қар» деп аталатын құбылыс – су бетінде тіршілік еткен ағзалардың қалдықтары, нәжістер және органикалық бөлшектердің үздіксіз төмен түсуі – көптеген сүзгіштер мен детритофагтардың негізгі қорегі болып табылады;
• киттердің және ірі балықтардың өлекселері теңіз түбіне түскен кезде ондаған жыл бойы тіршілік ететін ерекше қауымдастықтарды қалыптастыратын уақытша «оазистерге» айналады;
• гидротермалдық көздердегі хемосинтез бактерияларға күкіртсутек және басқа химиялық қосылыстар арқылы энергия алуға мүмкіндік береді, бұл процесте күн сәулесі мүлде қатыспайды;
• көптеген жыртқыштар тұтқиылдан шабуыл жасау стратегиясын қолданады – олар су қабатында қозғалыссыз тұрып, сирек кездесетін олжа жақындағанда ғана шабуыл жасайды;
• басқа қорек болмаған кезде каннибализм де өмір сүрудің соңғы тәсілі ретінде кездеседі.

1977 жылы гидротермалдық экожүйелердің ашылуы биология ғылымында үлкен төңкеріс жасады. Бұл жаңалық тіршілік күн энергиясынан толық тәуелсіз өмір сүре алатынын көрсетті. Мұндай түсінік тек Жердегі тіршілікті ғана емес, Күн жүйесінің басқа аспан денелеріндегі мүмкін болатын өмір формаларын да зерттеуге жаңа бағыт берді.

Терең мұхит әлемі әлі де біздің планетамыздың ең аз зерттелген бөлігі болып саналады. 2024 жылға дейін мұхит түбінің жиырма пайыздан азы ғана егжей-тегжейлі картаға түсірілген. Бұл оны белгісіздік деңгейі жағынан Марс бетімен салыстыруға мүмкіндік береді. Әрбір терең су экспедициясы жаңа түрлер мен күтпеген бейімделулерді анықтайды. Қараңғылықта және орасан қысым жағдайында тіршілік ететін ағзаларды зерттеу биологиядан бөлек медицина, материалтану және астробиология салалары үшін де маңызды мүмкіндіктер ашады. Ғылым эволюция миллиондаған жыл бойы қалыптастырған шешімдерден шабыт алып, оларды жаңа технологиялар жасауға пайдалануды жалғастырып келеді.