Libmonster ID: UA-2420

Заглавие статьи ОКЕАН - ЕДИНЫЙ ЖИВОЙ ОРГАНИЗМ
Автор(ы) Владимир АВИЛОВ, Светлана АВИЛОВА
Источник Наука в России,  № 1, 2011, C. 25-29

Доктор технических наук Владимир АВИЛОВ, доктор биологических наук

Светлана АВИЛОВА, главные научные сотрудники Института океанологии им. П. П. Ширшова РАН

Мировой океан - одно из немногих уникальных природных образований на нашей планете. Он многолик в восприятии: вызывает неподдельный интерес, восхищение, будоражит воображение бездной и мощью, служит домом, пищей и зашитой для его обитателей. Водная гладь, занимая приблизительно 71% поверхности Земли, до сих пор скрывает много загадок. И немудрено: тысячелетиями человек "ходил за три моря", ловил рыбу, а изучать его начал лишь три века назад.

Отметим, морская наука зародилась с момента разработки и внедрения новых технологий - способа и устройства измерения глубины (лот) и отбора проб воды (пробоотборник), в чем преуспел основоположник отечественной океанографии адмирал Степан Макаров (1849 - 1904). Успехи интересующей нас ветви океанологии - биогеохимии - также связаны с появлением инновационных методов исследования. Химический этап изучения начался с открытия необыкновенного свойства основной массы океанической воды - постоянства солевого состава, который, по мнению многих ученых (например специалиста в области аналитической химии и геохимии, академика АН СССР (с 1953 г.) Александра Виноградова), практически не менялся последние 250 млн. лет. И хотя впервые такое предположение высказал еще в 70-х годах XVII в. английский химик Роберт Бойль, полномасштабного объяснения ему до сих пор нет.

стр. 25

Определенный рубеж океанологическая наука прошла в 70-е годы XX в. Так, в ходе многочисленных длительных экспедиций на кораблях научного флота страны отечественные исследователи собрали колоссальный фактический материал, опубликованный по инициативе директора Института океанологии им. П. П. Ширшова академика РАН (с 2000 г.) Андрея Монина в десятитомной монографии "Океанология" (1977 г.). Здесь изложена вся накопленная в мире сумма знаний по главным перспективным проблемам данной дисциплины. Дальнейшее совершенствование средств и методов морских работ существенно расширило знания о распределении растворенного и взвешенного органического вещества (ОВ) в водной массе, к наиболее репрезентативным показателям которого относится органический углерод (Cорг).

Натурные наблюдения утвердили на тот период общие для океана закономерности: максимальные количества ОВ характерны для слоя фотосинтеза, особенно в прибрежных и высокопродуктивных районах (Cорг > 100 мкг/л); с глубиной же его количество падает (ниже 1000 м составляет < 50 мкг/л). В целом между содержанием взвешенного Cорг в глубинных водах и величиной продукции фитопланктона в поверхностном слое наблюдается прямая корреляция.

В результате сформировалась генеральная схема образования и трансформации ОВ в океане. Главный его продуцент - фитопланктон. В эвфотической (0 - 200 м) зоне благодаря фотосинтетической деятельности последнего создается первичная продукция, проходящая сложный путь утилизации в трофических цепях. Остатки организмов (детрит) опускаются в неосвещенные глубины, где их поедают детритоеды, а те, в свою очередь, становятся добычей хищников. Соответственно преобразование ОВ в промежуточных и глубинных водах протекает с небольшой скоростью, бактериальная активность очень низка и окисление органического вещества замедлено.

Однако некоторые исследователи отмечали: в толщах воды встречаются слои (облака) сгущения жизни. Еще в 1967 г. французский океанограф Жан-Луи Фелл обнаружил там высокую концентрацию дрожжевых организмов и объяснил этот феномен Сомалийским течением. Американский исследователь Дэвид Карл, изучавший в 1970-х годах распределение содержания аденозинтрифосфорной кислоты (АТФ) по океаническим профилям, выявил некоторые неоднородности и связал их с кислородными минимумами. Ряд закономерностей установили отечественные биологи (Юрий Сорокин, Николай Парин, Лариса Пономарева и многие другие), проводившие опыты на сотнях глубоководных станций: биотоп фитоцена* населен жизнедеятельными клетками, продуцирующими органическое вещество; толща вод, лежащая глубже, содержит водоросли, не участвующие в создании первичной продукции. К этому следует добавить вывод из наблюдений упомянутого Сорокина: микрофлора в целом и отдельные ее группы распределены крайне неравномерно. На глубине 450 - 550 м в Тихом океане у верхней границы промежуточных антарктических вод он отметил постоянный максимум численности биомассы и дал тому свое объяснение: за счет возрастания градиента плотности происходит аккумуляция (как на жидком дне) оседающих органических частичек взвеси и отмирающих клеток, имеющих плавучесть, близкую к нейтральной, что создает более благоприятные, чем в выше- и нижележащих слоях, условия для питания бактериопланктона. Известные отечественные мик-


* Биотоп фитоцена - верхний слой до глубины нижней границы пикноклина (слоя резкого скачка плотности воды, находящегося на глубине 20 - 80 м) (прим. ред.).

стр. 26

робиологи Ирина Мицкевич и Анатолий Крисе, исследуя в середине 1970-х годов водную толщу западной котловины Индийского океана, выделили на глубинах 300 - 500 м и у верхней границы в слое 1000 - 1500 м повышенную плотность сапрофитной микрофлоры, утилизирующей детрит. Сведения о максимумах численности гетеротрофов, обнаруженных отечественными и зарубежными учеными во всех океанах, обобщены в монографии Крисса "Микробиологическая океанография" (1976 г.). Автор предположил, что их существование и причины формирования обусловлены различными гидрологическими и гидрохимическими факторами.

Другими словами, разрозненные наблюдения вписывались в существующую схему, поэтому им и не придавали существенного значения. Общий же процесс по-прежнему воспринимался незыблемым: образование органического вещества происходит только в верхнем фотическом слое океана, а все, что ниже, - его производные. При этом глубинной массе вод отводилась роль транспортировки биогенных остатков в донные отложения.

Однако имевшейся информации было недостаточно для понимания сути океанических процессов. Поэтому, изучая взвешенные органические вещества, мы избрали комплексную методологию, предусматривающую определение наиболее значимых биохимических показателей и газообразных компонентов*. Кроме того, разработали новые пробоотборники компенсационного типа, обеспечивающие герметичность образцов морской воды, другую аппаратуру, способную работать в судовых условиях. И только после этого в марте-июле 1976 г. отправились на исследовательском судне "Академик Курчатов" в Индийский океан**.

В данной экспедиции мы использовали более 20 современных методов изучения водной толщи. Специфическим и высокочувствительным способом определяли наличие аденозинтрифосфата - универсального носителя энергии, содержащегося только в живых клетках, ферментную активность (липолитическую, амилолитическую, протеолитическую и щелочную фосфомоноэстеразу), концентрацию белка, углеводов и фосфора, газовых компонентов - гелия, водорода, аргона, двуокиси углерода, перманентных и углеводородных смесей. Изучали две формы орга-


* См.: А. Геодекян, В. Авилов, С. Авилова. Океан глазами геоэколога. - Наука в России, 1993, N 1 (прим. ред.).

** См.: В. Авилов, С. Авилова. Жизнь на океаническом дне. Наука в России, 2001, N 3 (прим. ред.).

стр. 27

нического вещества - растворенную и взвешенную (условную границу между ними определяют прохождением водной массы через фильтры с порами 0,45 - 1,0 мкм). К первому типу относят соединения в фильтрате, ко второму - оставшуюся после предварительного отделения крупных фрагментов (более 200 мкм) часть, задерживающуюся на фильтре. Заметим, для изучения растворенного ОВ мы разработали метод с применением сефадекса (нейтрального вещества, состоящего из гранул различного размера) для мягкого его выделения с сохранением нативных (собственных) свойств, что позволило разделить состав по молекулярной массе и определить активность внеклеточных ферментов в каждой фракции. Полученные данные были опубликованы в журнале "Океанология" (1977 г.). Запрос на статью поступил из 20 стран мира.

Для достоверности информации мы ввели понятие "активное живое вещество". Его характеризует количественный показатель - биомасса микроорганизмов, измеряемая по АТФ. Поясним: океанологи еще в начале XX в. пытались определить соотношение живого и неживого во взвеси, например, в планктоне. При этом использовали методы, основанные на микроскопии. Однако тогда они не могли надежно отделить живую клетку от погибшей - отсюда и ошибочность некоторых оценок. Доля живого во взвеси, измеренная таким способом, составляла 1 - 28%, а в период цветения в фотическом слое достигала 100%. Примененный нами АТФ-метод принципиально менял ситуацию, однозначно идентифицируя живую клетку и определяя количество микроорганизмов в воде с погрешностью, не превышающей 10%.

Комплекс соответствующих измерений мы провели, как говорят, "одними руками" в водной толще от поверхности до дна практически на всех станциях по маршруту судна. Неожиданные данные получили в Красном море на глубинах 1000 и 2030 м, на экваторе (1500 и 4900 м), над Мае каре неким хребтом (3800 и 1200 м) и по широте острова Мадагаскар (500 м). И на всех указанных горизонтах АТФ содержался в повышенных количествах по сравнению с окружающими водами, а иногда был выше, чем в фотической зоне, его концентрация колебалась от 10 (2,5) до 60 нг/л (15 мкгС/л). С еще большей убедительностью не вписывалось в общепринятые рамки соотношение биологически активной живой массы и органического углерода, доходившее до 80%, что свидетельствовало о необычайно высокой доле ОВ во взвеси. Повышенная функция микроорганизмов здесь была

стр. 28

сравнима с таковой в районе Перуанского апвеллинга - одного из самых продуктивных регионов Мирового океана. Аналогичную картину наблюдали и в распределении белка: его содержание составляло 0,8 - 3,0 мкг/л, а доля взвешенного Cорг поднималась до 20%. Эти и другие чрезвычайно важные натурные опыты указывали на образование активного живого вещества в промежуточных и глубинных водах. Причем установленные концентрации и соотношения АТФ, белка и Cорг в изученных пробах не были связаны с первичной продукцией в фотическом слое.

Далее. По вертикальным профилям активность щелочной фосфомоноэстеразы (алкилфосфатазы) уменьшалась с глубиной. Мы установили прямую зависимость между этим показателем и содержанием белка, а вот его связь с присутствием во взвешенном веществе общего фосфора (P) не обнаружили. Отмечали ее лишь в тех случаях, когда P находился и в неживых компонентах взвеси. Тогда концентрация фосфора возрастала от обычных значений 0,02 мкг/л до аномальных 0,14. Высокая липолитическая активность наблюдалась в различных слоях океана до дна, она не коррелировала с содержанием белка, а амилолитическая активность (расщепление крахмала) находилась в прямой зависимости от его концентрации, но не зависела от количества углеводов, находящихся в пределах 0,7 - 4,3 мкг/л. Мы измерили также четыре вида внеклеточной ферментной активности, оказавшейся на 2 - 3 порядка ниже, чем в живом веществе.

Результаты опытов продемонстрировали хорошее физиологическое состояние развивающегося здесь сообщества микроорганизмов. Это в принципе меняло представление о происходящих в морской среде процессах и привело нас к открытию, зарегистрированному в 1996 г. под N 92 с приоритетом от 1976 г. Сущность его состоит в обосновании и подтверждении вывода о том, что в промежуточных и глубинных водах океана происходит жизнедеятельность микроорганизмов с хемолитоавтотрофным (использующим неорганические соединения) типом обмена, которая и ведет к образованию активного живого вещества.

Данное явление не находится в прямой зависимости от фотосинтеза в поверхностных водах, а обусловлено потоками вещества и энергии при дегазации Земли. Исследования показали аномально высокие концентрации газовых компонентов и АТФ в нескольких метрах от дна и их связь с глубинными процессами в геодинамически активных зонах, в том числе в придонной части срединного океанического хребта Индийского океана.

Однако продуцирование органических веществ отмечено не во всех опробованных точках. В некоторых мы наблюдали типичное затухание жизни с глубиной. В иных - на отметке 500 м - нашли слои с аномально высоким содержанием взвешенного Cорг и белка (71,4 мкг/л) при аналитическом нуле АТФ.

Обогащенные соленые воды Персидского и Оманского заливов затягиваются в промежуточные и глубинные воды Аравийского моря, при этом микроорганизмы испытывают стрессовую ситуацию и погибают, что отражается на концентрации АТФ, и поэтому взвешенное органическое вещество представлено детритом (в этой ситуации белок не успевает разрушаться). Словом, природные процессы в океане гораздо сложнее установившихся схем.

Положение, выдвинутое нами, спустя 8 лет нашло подтверждение в работах американских исследователей Дэвида Карла и Джорджа Кнауэра: в опытах in situ они наблюдали на горизонтах 500 и 1100 м пятнистость с повышенной функцией микроорганизмов и тем самым установили, что в недрах океана идет продукция органического углерода.

Хотя образование ОВ в глубинных и промежуточных водах обнаружено нами 30 лет назад, многие исследователи до сих пор не придают этому явлению должного значения. Между тем оно проливает свет на общие вопросы геоэкологии Мирового океана и дает основание рассматривать его как единую глобальную систему. Единую в том смысле, что все слои водной толщи населены живыми организмами. Их взаимодействие и взаимосвязь с общей средой обитания сопровождаются идентичными процессами, в частности образованием бактериопланктона, "представители" которого создают собственную первичную продукцию. Кроме того, наши комплексные исследования показали: в океане развиты своеобразные механизмы передачи наследственной информации (уникальный признак живых организмов). Эту функцию несут растворенные органические соединения (например, внеклеточные ферменты) и отдельные группы микроорганизмов.

И еще. Авторы статьи не раз поднимали вопрос о создании экологического международного заповедника в центральных глубоководных районах всех океанов с целью сохранения уникального микробиального сообщества. Идея становилась все более очевидной по мере расшифровки новых геномов, при обнаружении эффекта "горизонтального переноса" генов, в котором, как полагают, главную роль играет микробиота. Ее актуальность ныне возрастает многократно в связи с увеличивающимся антропогенным загрязнением Земли и необходимостью постоянного экологического мониторинга. Наличие такой акватории, несомненно, способствовало бы сохранению биосферы и, в конечном счете, - генофонда нашей планеты.


© elibrary.com.ua

Permanent link to this publication:

https://elibrary.com.ua/m/articles/view/ОКЕАН-ЕДИНЫЙ-ЖИВОЙ-ОРГАНИЗМ

Similar publications: LUkraine LWorld Y G


Publisher:

Валентин ПротопоповContacts and other materials (articles, photo, files etc)

Author's official page at Libmonster: https://elibrary.com.ua/CashBack

Find other author's materials at: Libmonster (all the World)GoogleYandex

Permanent link for scientific papers (for citations):

ОКЕАН - ЕДИНЫЙ ЖИВОЙ ОРГАНИЗМ // Kiev: Library of Ukraine (ELIBRARY.COM.UA). Updated: 11.08.2014. URL: https://elibrary.com.ua/m/articles/view/ОКЕАН-ЕДИНЫЙ-ЖИВОЙ-ОРГАНИЗМ (date of access: 14.06.2024).

Comments:



Reviews of professional authors
Order by: 
Per page: 
 
  • There are no comments yet
Related topics
Publisher
Rating
0 votes
Related Articles
ЮГО-ВОСТОЧНАЯ ЕВРОПА В ПРЕДСТАВЛЕНИИ АРАБСКИХ ГЕОГРАФОВ IX В.
Catalog: География 
Yesterday · From Petro Semidolya
"ТУРЕЦКОЕ ОЗЕРО": ЧЕРНОЕ МОРЕ В XV-XVII ВВ.
Catalog: География 
Yesterday · From Petro Semidolya
АВСТРАЛИЯ ВО ВТОРОЙ ПОЛОВИНЕ XX ВЕКА: В ПОИСКАХ НАЦИОНАЛЬНОЙ И ПОЛИТИЧЕСКОЙ ИДЕНТИЧНОСТИ
2 days ago · From Petro Semidolya
НОРМАТИВНО-ПРАВОВЕ РЕГУЛЮВАННЯ МИТНИХ ВІДНОСИН У ВЕЛИКОМУ КНЯЗІВСТВІ ЛИТОВСЬКОМУ XVI ст.
Catalog: Право 
4 days ago · From Україна Онлайн
СУЧАСНИЙ УКРАЇНСЬКИЙ ҐРАНД-НАРАТИВ: ПІДХОДИ, КОНЦЕПЦІЇ, РЕАЛІЗАЦІЯ
4 days ago · From Україна Онлайн
The majority of theoretical misconceptions and the most significant misunderstandings in modern astronomy, cosmology and physics are caused by a purely mathematical approach and ignoring philosophical comprehension of physical reality and, as a result, by not deep enough understanding of the essence of certain physical phenomena and objects.
The cardinal difference between relativistic gravithermodynamics (RGTD) and general relativity (GR) is that in RGTD the extranuclear thermodynamic characteristics of matter are used in the tensor of energy-momentum to describe only its quasi-equilibrium motion.
Якщо за лексикою саме балтські мови є найбільш близькими до санскриту, то праслов'янська мова є найбільш близькою як до більш архаїчної сатемної ведичної стародавньоіндійської мови, так і до стародавньокитайської мови, що згідно з дослідженнями Цун-тунг Чанга була індоевропейською мовою.
Термодинамічна інтерпретація загальної теорії відносності та розглядання Всесвіту як єдиного спіральнохвильвого утворення, а так званих елементарних частинок і кварків як кінцевих локальних стоків цих спіральних хвиль фактично дозволили створити «теорію всього»
12 days ago · From Павло Даныльченко
Thermodynamical interpretation of General Relativity, consideration of the Universe as a single spiral-wave formation, and consideration of the so-called elementary particles and quarks as finite local flows of these spiral waves actually allowed the creation of a "theory of everything".
12 days ago · From Павло Даныльченко

New publications:

Popular with readers:

News from other countries:

ELIBRARY.COM.UA - Digital Library of Ukraine

Create your author's collection of articles, books, author's works, biographies, photographic documents, files. Save forever your author's legacy in digital form. Click here to register as an author.
Library Partners

ОКЕАН - ЕДИНЫЙ ЖИВОЙ ОРГАНИЗМ
 

Editorial Contacts
Chat for Authors: UA LIVE: We are in social networks:

About · News · For Advertisers

Digital Library of Ukraine ® All rights reserved.
2009-2024, ELIBRARY.COM.UA is a part of Libmonster, international library network (open map)
Keeping the heritage of Ukraine


LIBMONSTER NETWORK ONE WORLD - ONE LIBRARY

US-Great Britain Sweden Serbia
Russia Belarus Ukraine Kazakhstan Moldova Tajikistan Estonia Russia-2 Belarus-2

Create and store your author's collection at Libmonster: articles, books, studies. Libmonster will spread your heritage all over the world (through a network of affiliates, partner libraries, search engines, social networks). You will be able to share a link to your profile with colleagues, students, readers and other interested parties, in order to acquaint them with your copyright heritage. Once you register, you have more than 100 tools at your disposal to build your own author collection. It's free: it was, it is, and it always will be.

Download app for Android