Создатели суши

О.В. Волцит

Слово «простейшие» обычно ассоциируется у нас с мельчайшими, не видимыми глазу комочками протоплазмы. Они живут, питаются, размножаются, но какое нам до них дело – таких крошечных? Мало кто знает, что именно простейшим мы обязаны возникновением целых пластов геологических пород, а зачастую и горных массивов!

Пресноводные раковинные амебы (Testacea) защищают свое тело раковинкой из силикатных или известковых пластиночек, выделяемых цитоплазмой на поверхность клетки. У арцеллы (Arcella) раковинка имеет форму блюдечка, в центре которого расположено устье — отверстие, через которое наружу высовываются ложноножки амебы. Диффлюгия (Difflugia) использует для построения раковины микроскопические песчинки или обломки скелета диатомовых водорослей. За строительством домика диффлюгии можно проследить (конечно, только под микроскопом) во время ее размножения. Перед делением клетка простейшего набирает много воды и выпирает из устья раковинки. Видно, как диффлюгия собирает ложноножками песчинки и обломки раковин водорослей. Твердые частицы собираются на поверхности цитоплазмы и склеиваются в раковинку для дочерней клетки при помощи особой застывающей жидкости.

Эти раковинные амебы обитают в мелких стоячих водоемах — прудах, канавах, глубоких лужах. Численность их невелика, и их «постройки» не создают значительных донных отложений. Совсем другое дело — морские простейшие, сыгравшие колоссальную роль в создании земной суши. Радиолярии (Radiolaria) строят свой ажурный скелет из солей кремния, поглощаемых из морской воды. Радиолярии — планктонные организмы, жизнь их протекает в состоянии парения в морской воде, поэтому в строении их скелета должны сочетаться легкость и прочность, что достигается ажурной структурой, увеличивающей поверхность. Разнообразие форм скелетов радиолярий потрясает, эти существа – одни из самых красивых и изящных организмов на Земле. Знаменитый немецкий зоолог и эволюционист XIX в. Э.Геккель, бывший хорошим художником, посвятил им большой раздел своего атласа рисунков «Красота форм в природе».

Большой сложности и разнообразия достигают скелеты и других морских раковинных простейших – фораминифер (Foraminifera). В морях и океанах фораминифер можно обнаружить во всех широтах и на всех глубинах, однако наибольшее их разнообразие наблюдается в придонных слоях на глубинах до 200–300 м. Раковины одних фораминифер, как и у диффлюгии, состоят из посторонних частиц – песчинок. Фораминиферы поглощают песчинки, а затем выделяют их на поверхность клетки, где они «приклеиваются» к наружному слою цитоплазмы. Другая, большая часть фораминифер обладает известковыми раковинами. Эти раковины построены из веществ собственного тела животных, которые способны концентрировать в клетке соли кальция, содержащиеся в морской воде.

На дне морей и океанов отмершие раковины фораминифер рода глобигерина (Globigerina) образуют известковый ил, который носит название голубого, или глобигеринового. Правда, далеко не все раковинки достигают дна. Подсчитано, что при размере 0,4 мм раковинки фораминифер опускаются со скоростью 2 см/с, т.е. для того чтобы погрузится на глубину 1000 м, им нужно 14 ч. За это время многие из них успевают просто раствориться в морской воде, так что прирост голубого ила идет весьма медленно, в среднем на 0,5–2 см за 100 лет.

Тем не менее такой ил покрывает площадь в 120 млн км2, т.е. примерно треть поверхности дна мирового океана. Местами толщина ила достигает нескольких сотен метров. В толще ила идут химические процессы, которые превращают его в мел, известняк и другие осадочные породы.

До недавнего времени бытовало мнение, что мел целиком образован раковинками фораминифер. Однако на самом деле в состав ила входят еще и панцири одноклеточных жгутиконосцев, и мел как таковой на 90–98% состоит как раз из известковых панцирей жгутиконосцев кокколитофорид (Haptomonadida). Каждый панцирь, или коккосфера, состоит из 10–20 взаимосвязанных известковых щитков. Количество таких щитков в 1 см3 писчего мела исчисляется астрономическими цифрами – 1010–1011. Одна черта, проведенная школьным мелом на классной доске, содержит в себе остатки многих миллионов ископаемых простейших.

За десятки и сотни миллионов лет в результате геологических процессов из отложений раковинок простейших образовалась монолитная горная порода – известняк. В результате геологических поднятий участков морского дна горы известняка оказались на поверхности суши. Из известняка состоит Ливийский массив, из которого древние египтяне добывали материал для строительства пирамид фараонов. Дворцы и храмы Владимиро-Суздальской Руси, белокаменной Москвы тоже построены из таких известняков. Известняки – основная порода, из которой слагаются Альпы и Пиренеи, горы и нагорья Северной Африки. Пояс известняковых гор тянется от Гималаев в Среднюю Азию и на Кавказ.

Определенные группы видов вымерших фораминифер связаны с нефтеносными пластами. По видовому составу остатков фораминифер, обнаруженных при бурении в осадочных породах, образованных за миллионы лет отложениями раковинок этих животных, можно предсказать, имеются в данном месте нефтеносные пласты или нет.

А вот скелеты отмерших радиолярий, оседая на дно, образуют другие осадочные горные породы – радиоляриты, к которым относятся, например, яшмы, опалы, халцедоны, кремнистые сланцы и глины. Целиком из радиоляритов состоят яшмы Кавказа, кремнистые породы на Урале, Дальнем Востоке (Сихотэ-Алинь) и в Средней Азии.

Если некоторые морские простейшие создают отложения, из которых в дальнейшем образуются материковые породы, то представители других кишечнополостных – кораллы – являются непосредственными создателями подводных горных хребтов и островов. Рельефообразующая роль этих животных – уникальное явление природы. Один средней величины коралловый остров может дать около 500 км3 строительного материала, что в 15 000 раз больше объема самой крупной из египетских пирамид.

Коралловые рифы образуются в результате жизнедеятельности кораллов и известковых водорослей. Сами кораллы, в том числе и рифообразующие, распространены довольно широко, проникая далеко за пределы тропиков. Так, например, они встречаются в довольно холодных водах у берегов Австралии, где температура может опускаться до +9 оС. Однако рифы, как правило, формируются только в переделах пояса, ограниченного изотермами +18 оС самого холодного месяца в году. В отдельных местах, например в Оманском заливе, рифы образуются и в условиях регулярного снижения температуры воды до +15... +16 оС, но это исключение – обычно внезапные падения температуры ниже +16 оС приводят к массовой гибели кораллов.

Другой важный фактор, определяющий возможность возникновения рифов, – соленость воды и свет. Рифообразующие кораллы не растут глубже 30–40 м, а наиболее массовый и интенсивный их рост наблюдается на глубинах не более 10–20 м. Такое важное значение света в жизни кораллов обусловлено тем, что главную роль в их питании играют симбиотические водоросли зооксантеллы. Зооксантеллы живут в тканях коралловых полипов, и выделяемые ими органические вещества в бедных органикой тропических водах обеспечивают питание этих кишечнополостных на 90%. Именно симбиоз кораллов и зооксантелл привел к возможности возникновения рифов – скорость выделения скелетного карбоната кальция кораллами при наличии этих водорослей возрастает на порядок. Пища, добываемая из воды самими полипами, обеспечивает их жизненно необходимыми (как для них самих, так и для водорослей) химическими элементами, прежде всего фосфором.

Но кораллы – не единственные рифостроители, наряду с ними важнейшую роль в построении рифа играют известковые водоросли, такие как Porolithon, Lithophyllum, Basiella, Goniolithon и др. По массе они составляют большую часть современных рифов, и скорость выделения карбоната кальция у них выше, чем у кораллов. Однако наиболее крупные постройки, достигающие сотен метров, образуются кораллами и водорослями вместе. Здесь водоросли не только конструируют каркас рифа, но и цементируют обломочный материал. За пределами распространения кораллов известковые водоросли таких мощных построек не образуют и создаваемые ими «карнизы», «тротуары», «котлы» имеют размеры не более нескольких метров.

Главную роль поставщика рыхлого материала на рифах играет зеленая известковая водоросль Halimeda. На внешних склонах рифов она встречается почти от самой поверхности, там, где глубина воды в отлив всего несколько десятков сантиметров, и до глубин более 60 м. Донные осадки в лагунах коралловых островов часто почти целиком состоят из чешуек халимеды. Большое количество рыхлого материала образуют и некоторые красные известковые водоросли, например Corallina, Amphyroa, Goniolithon, и зеленая водоросль Penicillus.

Кораллы и известковые водоросли вместе формируют рифовый известняк, тем более плотный и прочный, чем сильнее действие волн. Зона наибольшего каркасообразующего значения известковых водорослей на рифе приурочена к кромке, подвергающейся наиболее разрушительному действию прибоя. Когда риф достигает по высоте межприливного интервала, т.е. оказывается под водой во время прилива и обсыхает в отлив, по его внешнему краю формируется водорослевый вал, образуемый розоватыми известковыми водорослями Porolithon, Lithophyllum, Basiella. Такой вал хорошо виден с самолета или на аэрофотоснимках.

Среди кораллов важнейшими рифостроителями являются гидрокораллы Milleporidae. Они образуют ветвистые и массивные формы с пластинчатыми выростами, ориентированными по направлению действия волн. Их значение в формировании каркаса рифа максимально в поверхностных слоях, на небольшой глубине. Среди других рифостроителей заметное место занимают восьмилучевые кораллы Helioporidae, образующие массивный скелет, а также восьмилучевые кораллы Tubiporidae.

Максимальный наблюдавшийся годовой прирост ветвей колонии кораллов – 25 см, а в среднем этот показатель составляет не более 5–10 см в год у ветвистых форм и 1–2 см в год у массивных колоний. С возрастом и увеличением размеров колонии ветвистых кораллов скорость ее роста значительно снижается. Зато массивные, медленно растущие виды, например Favia, более агрессивны в борьбе за пространство и живут дольше ветвистых кораллов. Поэтому их значение в построении каркаса рифа в целом больше.

Коралловый риф служит местом обитания многих морских животных и растений. Здесь поселяются другие кишечнополостные, разнообразные моллюски, черви, ракообразные, иглокожие. Часть из них также принимает некоторое участие в рифостроении. Это губки, роль которых иногда заметна на глубинах более 70 м в Карибском регионе, моллюски Tridacna и представители семейства Vermetidae, полихеты из семейства Sabellidae, участвующие в формировании каркаса рифа.

В зарослях коралловых рифов плавают ярко-окрашенные рыбы. У некоторых из них челюсти напоминают клещи – с их помощью они откусывают кусочки коралловых веточек. Живых полипов рыбы переваривают, а известковые остатки выделяют в виде кораллового песка.

Некоторые моллюски и сверлящие губки пронизывают толщу кораллов, делают в них многочисленные ходы и полости. Эти пустоты используют, продолжая разрушение, водоросли, черви, иглокожие и многие другие животные. Завершают дело прибои и сильные штормы. Они превращают коралловый известняк в песок и ил, заполняющий все углубления рифа.

Общая площадь всех коралловых сооружений в мировом океане превышает 27 млн км2. Это береговые рифы, непосредственно примыкающие к суше, барьерные рифы, протянувшиеся на некотором расстоянии от берега и отделенные от него лагуной – мелководным бассейном с глубинами от нескольких метров до нескольких десятков метров*, и атоллы – кольцеобразные коралловые острова, внутри которых, в центре лагуны, может иногда возвышаться гора.

Атоллы – уникальное и неповторимое явление природы. Атолл бывает сплошным или прерывистым, в виде экзотического ожерелья, с пологими или крутыми склонами. Кольцо коралловой суши снаружи окружено значительными глубинами, а внутри заключает мелководное пространство – зеленовато-лазурную лагуну в венце пальм и белого кораллового песка. Есть небольшие атоллы, но есть и огромные. У берегов Новой Гвинеи лежит атолл Люсансен, площадь которого больше площади Азовского моря (320ґ140 км).

Существуют различные гипотезы происхождения атоллов. Согласно предположениям Ч.Дарвина первой стадией образования атолла является остров, окаймляющий береговой риф. В тех случаях, когда остров поднимается над поверхностью моря, риф так и остается береговым, когда же морское дно опускается и остров погружается в воду, остается кольцевой риф. Дальнейшее его нарастание идет в основном по периферии, куда поступает больше чистой воды, богатой кислородом и пищей.

Коралловые рифы существовали начиная с древнейших геологических эпох, описано более 5000 видов ископаемых кораллов. Остатки кораллов найдены на Урале в отложениях мелового периода (около 100 млн лет назад) и в Подмосковье (отложения возрастом более 300 млн лет). Ископаемые кораллы являются надежными показателями возраста осадочных пород. Многие из них связаны с отложениями определенных геологических пород, в частности каменного угля. Обнаружение таких кораллов указывает на наличие в этом месте данного полезного ископаемого. Так, например, был обнаружен уголь в Донецком бассейне.

Изучая строение ископаемых кораллов, можно подсчитать число дней в году в различные эпохи. Дело в том, что стенки известковых трубочек, образующих скелет колонии, нарастали слоями: их рост шел только днем и строго подчинялся лунным (то есть приливным и отливным) циклам. Кроме того, различаются и годовые кольца нарастания – темные полосы соответствуют зимнему сезону, светлые – летнему. Ширина полос зависит от суточных изменений освещенности и температуры воды. Анализируя характер прироста трубочек на тончайших спилах, ученые подсчитали, что, например, в девонском периоде (около 400 млн лет назад) календарный год, равный периоду обращения Земли вокруг Солнца, длился около 400 дней – сутки тогда составляли менее 22 часов. Через 150 млн лет в году было уже 390 дней. Постепеное замедление скорости вращения Земли вокруг своей оси происходит, как полагают, под влиянием приливов и отливов.

Строительный камень, содержащий остатки кораллов, успешно применяется как декоративный материал для внутренней и внешней отделки. Когда-то этот камень был ракушечником и состоял из осадочной породы, кораллов и раковин моллюсков. По истечении сотен миллионов лет он превратился в твердую породу. На ее отполированной поверхности кораллы образуют затейливый узор, иногда содержащий прослойки разных минералов. Заключенные в камне окаменелости придают ему волнистую структуру. Такое строение имеет мрамор из месторождений под Нижним Тагилом на Урале.

Хорошо известен Большой Барьерный риф у восточных и северо-восточных берегов Австралии – лабиринт больших и малых рифов, разделенных мелководьем. Его длина свыше 2000 км, а ширина — от 2 км на севере до 150 км на юге.