Экстремалы в природе, или о пределах выносливости
Мир животных и растений удивительно многообразен. Есть среди них рекордсмены — гиганты и малютки, есть обладатели живых каркасов, обеспечивающих прочную опору и надёжную защиту*. А есть отчаянные экстремалы. Сегодня наш рассказ — о стоиках. Они выбрали себе жизнь, какой не позавидуешь, и везде сумели освоиться.
На свете немало уголков, где жизни, казалось бы, нет места. Горячие источники, ледники, безводные пустыни, пересолёные водоёмы, ядовитые подводные курильщики… Но выясняется, что и в них есть свои обитатели. Зачем же им жить в экстремальных условиях? Есть в таких местах своя притягательность, и состоит она в том, что желающих обживать их немного. А это означает низкую конкуренцию. При всём при том энергии и необходимых веществ тут, как правило, хватает, и, следовательно, всегда будет «заказ» от природы на освоение этих ресурсов. Стоит только как следует приспособиться. Но в этом-то и заключается самая большая сложность.
Есть ещё одна причина, почему некоторые живые организмы оказываются на самом неудобье, — их туда вытесняют более удачливые соперники. К примеру, многих обитателей подземных вод, пещер, колодцев причисляют к остаткам древней фауны. А на поверхности они не сохранились, потому что уступили место своим последователям.
Если кому и следует дать приз за выносливость, так это археям (Archaea) — самым старым организмам на планете, родственным бактериям. Они могут жить в кипятке, чистой кислоте, щёлочи, крутом рассоле. Этих микробов много в холодных полярных водах, а в самых глубоких впадинах океана археи составляют большинство живых организмов.
Страсть микробов к суровой жизни иногда имеет вполне логичное объяснение. Некоторые субстраты для получения энергии доступны им только в такой ситуации. В нормальных же условиях эти вещества самоокисляются или «портятся» каким-нибудь другим образом. К примеру, аммиак и водород, жизненно важные для некоторых микробов, могут быть получены, соответственно, лишь в щелочной либо кислой среде.
Самые стойкие археи выдерживают запредельную жару. Известно, что происходит с куриным белком в кипящей воде: он сворачивается. Казалось бы, ни одно живое существо не выживет при температуре выше 100°С. Но нет! Архея метанопирус (Methanopyrus kandleri) прекрасно растёт при 122°С, и это термический рекорд. Температура, при которой необратимо меняются нормальные белки (около 60°), только закаляет теплолюбивую архею. Её белки в такой среде претерпевают небольшие изменения без фатального исхода.
И ладно бы микробы, но и многоклеточные, как оказалось, могут благоденствовать в крутом кипятке. Помпейский червь (Alvinella pompejana) со дна океана преспокойно плавает в горячих извержениях гидротермальных источников. И самое поразительное, что ему безразличны резкие стоградусные перепады температуры, ведь буквально в метре от его жилища вода ледяная. Отправляясь на прогулку, этот стоик, как герой сказки Ершова, попеременно окунается то в ледяную воду, то в кипяток. В горячих вулканических источниках водятся и насекомые. Личинки некоторых мух — береговушек (Ephydridae) и львинок (Stratiomyidae) благополучно развиваются в жидкости, разогретой до 65°С. В чуть более прохладной воде (45°С) способны жить круглые черви, улитки, рачки, тихоходки, водяные клещики.
Справедливости ради надо сказать, что толерантность к термическим условиям, какую демонстрирует помпейский червь, явление уникальное. Обычно экстремалы приспособлены к некоему температурному диапазону и комфортно себя чувствуют либо в жару, либо в холод. Живущие в кипятке микробы мёрзнут уже при 80°С, а приятная для нас водица, в какой купают младенцев, смертельно холодна для рачков термосбенов (Thermosbaenacea). Холодолюбивые насекомые, наоборот, при комнатной температуре гибнут от перегрева.
Вопреки распространённому мнению, отнюдь не все букашки любят тепло и с наступлением холодов впадают в оцепенение. Ледничники (Boreidae), относящиеся к скорпионовым мухам (Mecoptera), активны на снегу. Даже на вечно холодных антарктических островах, да и на самом снежном континенте, Антарктиде, обитают бескрылые комары-звонцы (Chironomidae). В занятых снегами высокогорьях тоже есть «моржи» среди насекомых, как, впрочем, и среди небольшого числа других беспозвоночных. Иные кольчатые черви-энхитреиды (Enchytraeidae) ползают прямо по снегу на ледниковых склонах.
В крови хладнокровных животных при необходимости образуется антифриз, препятствующий промерзанию. Круг таких веществ довольно широк — это глицерин, различные сахара, спирты, аминокислоты, белки. Посредством антифризной добавки насекомые могут снизить температуру замерзания своего тела до –60°С и даже ниже! Белковые антифризы содержатся и в крови рыб, обитающих в полярных водах. Они снижают точку замерзания жидкости до –2°С, а ниже этой отметки температура воды в океане не опускается. Многие животные, включая рыб, амфибий и рептилий, легко переносят полное замерзание. После оттаивания они возвращаются к нормальной жизни как ни в чём не бывало. Некоторые могут регулировать процесс замерзания своих тканей так, чтобы образующиеся кристаллы льда не разрушали клетки. Бабочка махаон в этом деле мастер, её куколка в замороженном состоянии может вытерпеть две сотни градусов ниже нуля!