Scienty

Андрей Викторович Гебрук, доктор биологических наук, возглавляет лабораторию донной фауны океана и занимает должность заместителя директора по направлению «Экология морей и океанов» в Институте океанологии РАН имени П.П. Ширшова.

— Андрей Викторович, вы человек, совершивший путешествия, сопоставимые с космическими: на экстремальные глубины океана. Что произвело на вас наибольшее впечатление во время последнего погружения в 2024 году.?

— Меня удивила глубина. Ранее я совершал 13 погружений, используя различные аппараты, в частности, известные российские «Миры», а также Pisces и на американском Alvin, но погружение на 9,5 км на китайском аппарате «Фэньдоучжэ» стало для меня рекордным. Оно запомнилось прежде всего тем, что конечной точкой путешествия стал ранее не посещавшийся подводными аппаратами Курило-Камчатский желоб, и мне выпала уникальная возможность увидеть жизнь на самом дне.

— Какой продолжительностью будет погружение на указанную глубину, и что собой представляет пилотируемый глубоководный аппарат?

— Наш график работы предусматривал: три часа на погружение, шесть часов работы на дне и три часа на всплытие. Скорость погружения у нас была довольно высокой – свыше 0,8 м/с, хотя существуют и другие способы. Если в экспедиции задействованы, к примеру, ученые, изучающие планктон, то на аппарате включают внешнее освещение, и тогда он опускается значительно медленнее. Однако, поскольку наша задача заключалась в исследовании океанского дна, мы не регистрировали жизнь в толще воды: внешнее освещение было выключено с целью экономии энергии аккумуляторов, что обеспечило более продолжительное время работы на дне.

Наш пилотируемый подводный аппарат состоял из сферы с внутренним диаметром приблизительно 2 метра. Внутри предусмотрено небольшое освещение, а также размещаются три человека. Путь к дну проходит довольно скоро. Эти часы даны для того, чтобы подготовиться к предстоящей работе и пообщаться с коллегами в спокойной атмосфере.

— Значит, аппарат непрерывно перемещается по дну в течение шести часов? Вероятно, местные обитатели испытали удивление от появления такого устройства и, охваченные страхом, покинули свои места»?

— Как вы устанавливаете, к какому виду относится то или иное животное, если нет возможности подойти к нему ближе для непосредственного осмотра? Вы делаете снимки, а затем, уже находясь в лаборатории, анализируете их?

Когда аппарат движется у дна, его скорость достигает 20–30, а иногда и 50 см/с. Это весьма высокая скорость, практически крейсерская! В таком темпе наблюдатель, скорее всего, заметит лишь: «Ой, что-то мелькнуло, жаль, что не успел рассмотреть». При более медленном движении работать удобнее, однако все равно необходимо учитывать инерцию. Это крупная установка, а не легковой автомобиль, который мгновенно останавливается при нажатии на тормоз. Таким образом, от команды «Стоп!» до фактической остановки в воде аппарат еще некоторое время будет перемещаться.

— Как поезд.

— Хотя поезд и движется с большей скоростью, он также способен к более эффективному торможению. В водной среде, напротив, отсутствует возможность замедления в привычном смысле: двигатель можно заглушить, но движение по инерции будет продолжаться до полной остановки. Поэтому необходимо заблаговременно обнаружить препятствие, чтобы успеть затормозить непосредственно перед ним.

— Возникает вопрос: что если при погружении на дно океана там не окажется живых существ, например, из-за того, что они испугались и уплыли? Оправдана ли тогда была такая сложная экспедиция? Или же морское дно настолько богато разнообразными организмами, что положительные результаты будут неизбежны?

— В конечном итоге результат неизбежен. В процессе можно столкнуться как с обычными элементами, так и с чем-то совершенно новым, напоминающим волшебных созданий. В зависимости от этого корректируется и характер погружения. Изначально всегда существует план, однако реальность нередко вносит свои изменения.

— Какие животные наиболее распространены на дне Курило-Камчатского желоба? Обитают ли там исключительно беспозвоночные, или же встречаются и другие виды рыб?

— На такой глубине рыбы больше не обитают. Заслуживает внимания, что именно в ходе этой экспедиции мы зарегистрировали максимальную зафиксированную глубину распространения костистых рыб в Мировом океане. До этого моментом, определяющим предел, служила отметка около 8,3 км, установленная всего три-четыре года назад. Этот рубеж постоянно пересматривается благодаря прогрессу в области технологий и возможности непосредственного наблюдения за подводными жителями. Нам же удалось зафиксировать костистую рыбу на глубине приблизительно 8,6 км. Похоже, разница составляет всего 300 м…

— На такой глубине, сопоставимой с высотой Эвереста, каждый сто метров имеют принципиальное значение.

— Это имеет первостепенное значение. Ученые до настоящего времени не могут дать точного ответа на вопрос о происхождении этого ограничения. Как объяснить, что рыбы обитают на глубине 8,5 км, но отсутствуют на отметке 9 км? В океане существуют обширные пространства, глубже этой границы, которые, казалось бы, должны быть доступны для заселения и использования. Однако реальность оказывается намного сложнее.

Как я уже говорил, на отметке 9,5 километра рыбы не встречаются. В этом месте обитают исключительно беспозвоночные. Хочу выделить два аспекта. Прежде всего, видовое разнообразие ограничено: там можно обнаружить актинии, голотурии (морские огурцы, родственные морским звёздам и ежам), рачки-амфиподы и несколько видов червей. Я перечислил тех, кого наблюдатель может различить невооружённым глазом на поверхности. Помимо этого, существуют организмы, скрывающиеся в грунте, такие как двустворчатые моллюски. Перечень невелик, но обилие жизни на этой глубине поистине огромно. На один 1 м ² дна приходилось по 30–40 голотурий размером в несколько сантиметров каждая. Это огромная биомасса. Добавьте к ним актиний, некоторые из которых могут достигать в длину 50 см.

— Другими словами, можно утверждать, что там доминируют беспозвоночные?

— Действительно, это область, населенная исключительно беспозвоночными, главным образом — голотуриями. Позвоночных животных в ней не обнаружено.

— Как эти животные справляются с таким огромным давлением? Согласно имеющимся данным, если перевести это на понятные термины, то давление там сравнимо с весом автомобиля, оказанного на человеческий палец. Каким образом происходит их физиологическая адаптация к таким условиям? Кроме того, там царит темнота и холодно.

— Действительно, там наблюдается колоссальное давление. Если перевести его в физические единицы, то на каждый квадратный сантиметр тела приходится огромный вес – тонны! Это сопоставимо не с автомобилем, а с тем, будто на ногу встал слон. Особенность заключается в том, что организмы, адаптированные к существованию на таких глубинах, состоят более чем на 90% из воды. Жидкость практически не подвержена сжатию под воздействием другой жидкости.

Для человека, китообразных и рыб главной сложностью при погружении на значительную глубину является наличие полостей в теле, таких как легкие, плавательный пузырь или пазухи в черепе. Под воздействием высокого давления эти полости моментально сжимаются, что может привести к повреждению организма. В то же время, у глубоководных беспозвоночных герметичные полости отсутствуют; их тело по своей структуре напоминает жидкость, благодаря чему там нет элементов, подверженных разрушению.

— А как же раковины моллюсков, почему их не расплющивает?

— Раковина представляет собой твердую оболочку, внутри которой располагается мягкое тело, лишенное полостей. Она не является герметичной: раковина имеет отверстия, благодаря чему давление внутри и снаружи выравнивается. Она не рассчитана на то, чтобы противостоять перепаду давлений. Но, разумеется, это лишь фрагмент более широкой картины. По мере углубления в исследование становится все более заметной тенденция: биологическое разнообразие уменьшается, и видов встречается все меньше.

— Численность каждого вида, вероятно, значительна, поскольку они не сталкиваются с серьезной конкуренцией и не подвергаются такому же риску быть съеденными, чем на суше?

— В большинстве случаев это утверждение верно, однако есть исключение. Если речь идет о стандартном океаническом ложе на глубине 4–5 км, то действует универсальный принцип: биомасса уменьшается с увеличением глубины из-за недостатка продовольствия. С увеличением глубины снижается количество доступной пищи, что приводит к уменьшению всех численных показателей. С видовым разнообразием наблюдается еще более любопытная картина: его максимальное значение, вопреки ожиданиям, отмечается на глубине 2–3 км, после чего начинается снижение. Однако в желобах (которые начинаются на глубине более 6 км) ситуация отличается. Желоб характеризуется воронкообразной формой. Это узкая впадина, где, подобно ловушке, накапливается все, что оседает из водных слоев.

— Исключение из правил.

— Действительно, мы наблюдали это лично: на отметке 9 километров глубина была более насыщенной, чем на 8 километрах, а на 8 километрах — больше, чем на 7 километрах. С увеличением глубины условия для питания становятся более выгодными. И те особи, которые смогли адаптироваться к экстремальному давлению, оказавшись на дне желоба, получают значительное преимущество: обширный запас пищи при ограниченной конкуренции. Ведь состязание за ресурсы — это основной стимул для развития жизни на планете.

— Разве это не объясняет, почему многие из них вырастают до огромных размеров? Это явление известно как «глубоководный гигантизм»?

— Не совсем так. Наблюдаются как глубоководный гигантизм, так и глубоководная карликовость, а также группы животных, размер которых не подвержен изменениям в зависимости от глубины. Это противоположные тенденции. Безусловно, размеры зависят от доступности пищи, однако это не единственный определяющий фактор. В тех условиях, где мы работали, явных гигантов не встречалось. Я упоминал крупных актиний, но они кажутся большими только в сравнении с другими обитателями дна. Для выявления закономерностей необходимо сравнивать их с ближайшими родственниками, обитающими на других глубинах.

— И, что самое важное, чем же эти животные питаются? Зависят ли они от того, что падает сверху, или у них есть другие источники питания?

— Жизнь на дне желоба, подобно тому, как обстоит дело практически во всем океане, определяется так называемым органическим дождем – остатками органики, образовавшимися в результате фотосинтеза в верхних слоях и опустившимися сквозь толщу воды. Желоб действует как ловушка для осадка: все, что оседает на его склонах, в конечном итоге, благодаря гидродинамическим процессам или землетрясениям, сползает на дно. Однако существуют участки океана, где жизнь организована совершенно иначе. Там органическое вещество формируется непосредственно на месте, локально. Такая жизнь мало зависит от поступлений сверху, и в этих местах возникают уникальные экосистемы.

— Что это за животные?

— Это организмы, которые получают энергию посредством хемосинтеза — процесса, в котором органические вещества образуются за счёт энергии, высвобождаемой при химических реакциях. Только бактерии способны к осуществлению хемосинтеза. Если фотосинтез — это процесс, используемый растениями для получения энергии от Солнца, то хемосинтез — это способ получения энергии микроорганизмами. Особенно любопытен тот факт, что это симбиоз беспозвоночных (хозяев) — на такой глубине это погонофоры, трубчатые черви из семейства Siboglinidae (эти организмы обладают различными родами и видами, а также содержат симбиотические бактерии, обитающие внутри них. Бактерии используют энергию, полученную из сероводорода или метана, для увеличения своей массы, которая, в свою очередь, служит пищей для хозяина. В данном случае, для поддержания жизни не требуется солнечный свет.

— Если представить себе такую возможность: может ли человек получить бактерии, которые позволили бы ему стать «хемосинтетическим» и отказаться от потребления обычной пищи?

— Можно поразмышлять на эту тему. Однако в вашем полушутливом вопросе кроется вполне серьезный аспект. В каждом из нас и так обитают килограммы микроорганизмов, составляющих нашу микрофлору. Мы сильно зависим от них: эти микробы влияют на наш иммунитет, участвуют в синтезе необходимых веществ и так далее. Но пока мы не получаем от них энергию непосредственно. Возможно, в будущем люди разработают специальный орган, который позволит нам питаться с помощью бактерий, производящих энергию химическим путем.

— Я вспоминаю о спутнике Сатурна — Титане. На его поверхности присутствует жидкость, образующую озёра, состоящие из метана. Нельзя исключать возможность существования там жизни, использующей метан в качестве источника питания. Возможно, там обитают и свои собственные организмы, подобные «моллюскам»?

— Это вопрос, относящийся к астробиологии. В настоящее время исследователи изучают большое количество небесных объектов, однако в пределах нашей Солнечной системы наибольший интерес представляют спутники Сатурна и Юпитера. Если под их ледяной оболочкой присутствует тепло, исходящее от ядра, то там, несомненно, существует жидкая среда. А там, где есть жидкость и химические элементы, вполне вероятно обнаружение жизни, аналогичной нашей хемосинтетической. Выявление хемосинтеза в глубоководных слоях океана значительно стимулировало поиски жизни во Вселенной. Мы с нетерпением ожидаем возможности, когда аппараты смогут проделать отверстия в ледяной толще Европы или Энцелада. Вряд ли там можно будет найти существ, похожих на червей или моллюсков, но вероятность обнаружения микробной жизни представляется высокой. Хотя кто может предсказать, возможно, там также сформировались сложные многоклеточные организмы.

— Андрей Викторович, в заключение один вопрос. Исследования морских глубин ученые проводят время от времени и в определенных местах. Ясно, что охватить исследованиями весь океан невозможно. Тогда как сформировать всестороннее представление о жизни на значительных глубинах?

— Мы складываем эту картину, подобно мозаике. Каждая экспедиция представляет собой небольшой элемент. Однако условия в океане часто повторяются, и мы начинаем осознавать ключевые факторы, определяющие жизнь, и выявлять закономерности. Мы распространяем наши данные на более широкую область: когда в 100 различных точках на континентальном склоне мы наблюдаем схожую картину, мы делаем вывод о том, что она характерна для всей исследуемой территории. Так было и с гидротермальными источниками на дне океана: открытие первых вызвало широкий резонанс, а сегодня мы обнаружили их уже сотни и наблюдаем устойчивые закономерности. Мы исследовали, возможно, лишь 5–10% всего их разнообразия, но основной принцип нам понятен.

Поразительная цифра, ошеломившая даже экспертов, звучит так: какой объем дна Мирового океана был непосредственно исследован человеком с момента начала использования современного оборудования?

— Я думаю, один процент.

— Вы оптимистичны. На самом деле исследователи пришли к выводу, даже это значение не достигает одного процента, составляя всего одну тысячную часть процента — 0,001%! При даже самой строгой оценке методов подсчета и допустимой погрешности в десять раз, результат не превысит 0,01%.

На протяжении двух столетий изучение океана осуществлялось с помощью тралов, и лишь в последние полвека появилась возможность наблюдать за ним непосредственно. За эти 50 лет удалось рассмотреть лишь малую часть, всего одну тысячную процента. Это позволяет понять, насколько велик объем предстоящей работы и сколько еще открытий предстоит сделать.