Животът в екстремните морски дълбини

Още от зората на своето съществуване човекът е изпитвал към морето не само любопитство и страх от неговата неизвестност и необятност, но и естествено желание да проникне по-дълбоко в неговите тайни. Хилядолетия наред, бавно и постепенно, той е опознавал само „повърхността” на морските ширини, научил се е да ги кръстосва с примитивните си дървени плавателни съдове и да ползва част от неговите богатства, свързани главно с морското крайбрежие. Първият сериозен научен опит на човека да проникне по-дълбоко и опознае тайните на морските дълбини е направен едва през 19 в. (1872 г.) от екипажа на легендарния английски изследователски кораб „Challenger”. ( 1). В продължение на почти 5 години (1872-1876) той извършва околосветско пътешествие и събира хиляди научни колекции от морски организми, данни и карти за релефа, дъното, геологията и климата на най-големите океани и морета на нашата планета. (2, 3). Тези научни колекции и досега все още се съхраняват, проучват и описват от голям брой морски океанолози и биолози и са гордост за Националния природонаучен музей в Лондон. За рождена дата на съвременната океанология като наука днес се приема 30. ХІІ. 1872 г., когато в Бискайския залив от екипа на „Челинджър”са направени първите дълбоководни изследвания и са събрани голям брой ценни научни данни за морските дълбини.

Откриването на дълбоководни райони на океанското дъно с екстеремни жизнени условия закъснява обаче около 100 години след първата експедиция на „Челинджър”. Това става едва в 1976 г., когато в района на Галапагоските острови в Тихия океан, на дълбочина около 2500 м с помоща на дълбоководен спускаем апарат ( 4 ) американски учени откриват истински термални извори и вулкани на морското дъно, около които температурата на водата е над 20оС. (5, 6, 7, 8 , 9). Последвала серия от нови спускания още същата година, които действително потвърдили странното явление и нещо повече – били наблюдавани и първите живи обитатели около тези извори, подобни на червеи в макаронени тръбички, дребни миди и някакви неизвестни ракообразни. ( 10 ). Още по-голяма изненада било откритието, че водата във взетите бутилки около тези източници била силно наситена със сероводород и това естествено предизвикало големият въпрос как могат наблюдаваните живи същества да живеят в тази ниско кислородна или хипоксна среда с температура на водата около 23оС, толкова богато наситена със сероводород? Скоро нови изненади постъпили от океаноложките експедиции и от други райони на планетата: през 1979-1980 г. по време на експедициите на американския кораб „Мелвил” и френския „Надир” в Източната част на Тихия океан са открити нови подводни вулкани и извори на океанското дъно, а над тях от морето на десетки метри височина се издигали топли водни струи и дим. Температурата на водата около изригващите вулкани и извори била над 270оС, а съдържанието на сероводорода от 6.6 до 8.4 ммол/кг! ( 10а ).

В следващите десетилетия и главно в началото на 21 в. вече са открити още много подобни подводни хидротермални вулкани и извори, които изхвърлят огромни количества сероводород, метан и други газове и метали и създават особена екологична среда около тях. Те са разположени главно в 3 вулканични пояси: Тихоокеански, Средиземноморско – Индонезийски и Атлантически. Днес част от тях са добре проучени и картирани, но броят им непрекъснато се умножава в резултат на ежегодните научни експедиции за проучване на съвременните морета и океани и техният организмов свят. Вече се знае, че изригваната магма от подводните вулкани значително превишава по обем тази от надземните вулкани. Установено е например, че средно от около 20-30 изригвания от сухоземните вулкани на Земята годишно се изхвърлят около 1.5 кубически километри разтопена лава, а за същото време количеството на магмата от подводните океани е около 12-15 пъти по-голямо. Отделените от подводните вулкани и хидротермалните извори магма и газове съдържат най-често желязо, цинк, манган, олово, мед и др., а температурата на водата, изхвърлена с „пушещите комини” и над морската повърхност достига стотици градуси. Откриването на подводни хидротермални вулкани и извори продължава и днес и интереса към тях не отслабва по много причини, включително и чисто икономически. Така например, само през последните 1-2 години в района на Карибско море са открити хидротермални цепнатини и извори на дълбочина около 5000 м., които образуват на повърхността „пушещи комини” до 10 м. височина и бълват вода с температура от около 400 оС. А в началото на 2013 г. БТА съобщи, че подобни хидротермални извори са открити от полярния кораб „Go Sars” и в Северния ледовит океан в близост до Северния полюс (между Гренландия и Норвегия) с „пушещи комини с височината на 4 етажна сграда”. ( 10 b ).

В районите около дълбоководните хидротермални вулкани и извори се образува своеобразна водна зона, наречени на англ. „Plume” (на руски „Шлейф”), в която взаимодействат изхвърлените океански материали и газове с океанската вода и се формира своеобразен от физико-химично гледище хабитат. . (10 с ). Той е с високо съдържание на сероводород, метан, водород, въглеродни окиси и др., с ниско или нулево съдържание на кислород, с висока температура. В непосредствена близост до хидротермалните източници и вулкани температурата на водата може да достигне и над 400 оС. С хоризонталното и вертикално отдалечаване от тях температурата намалява, а големината на зоната на „шлейфа” около тях зависи от силата и постоянството на източника. Около подводните вулкани и термални извори се отлагат и значителни съединения на желязо, мед , сяра, олово и др. елементи, изхвърлени от магмата или газовете.

За голяма изненада на морските биолози се оказало, че в тази екстремна жизнена среда съществува доста активен живот, представен от различни организмови групи. Първите и най-многочислени живи същества, установени около хидротермалните дълбоководни вулкани и извори естествено са бактериите. В периферията на „шлейфа” , въпреки ниското съдържание на кислород се откриват главно аеробни бактерии, но в по-близките до хидротермалния източник зони преобладават нитрифициращи ,хемолитотрофни и метанотрофни бактерии, метаногенни археи и др. Специфична особеност на микробните съобщества тук е наличието в тях на термофили, както от групата на умерените термофили, живеещи при температура на средата от 40о – 70оС, така и на хипертермофилите ( 80о -105оС). От особено важно значение е преобладаването тук на хемоавтотрофни бактерии, развиващи се за сметка на окисляването на изхвърляните от хидротермалните източници сероводород, метан, въглероден окис, водород и други газове и създаващи условия за съществуването и на по-висши представители на животинския свят.

Неподозираният до преди 2-3 десетилетия животински свят около хидротермалните вулкани и извори се оказа необикновено богат, своеобразен, добре адаптиран към специфичните екологични условия , с много неизвестности и загадки за зоолозите. Едни от първите открити животински обитатели на подводните полета около хидротермалните вулкани и извори са многочетинестите червеи (полихетите) (11 ) - богата на видове и широкоразпространена група морски обитатели на съвременните морета и океани. Около 80 вида полихети са намерени в „шлейфа” на изучените досега подводни вулкани и термални извори, много от които се оказаха и непознати за науката . Между тях най-голям интерес представлява едно цяло семейство – Alvinellidae с около 12 вида, които живеят около подводните хидротермални вулкани. А между тях термофилен рекордьор е Помпейският червей (Alvinella pompejana) (12, 13, 14 ), който достига на дължина до 20 см. и живее в органични тръбички, които може да напуска от време на време. Температурата на водата в неговите тръбички варира от 40о - 50оС в областта на предния край до 70о - 80оС в задния край на тръбичките. По време на една от подводните експедиции с дълбоководните апарати „Алвин” и „Наутилус” било наблюдавано, как един изплашен Помпейски червей излязъл от тръбичката си, разхождал се няколко минути в околното пространство и отново се прибрал в тръбичката. А температурата на водата наоколо била само 105 оС!

( 15, 16). Многобройна е и групата на ракообразните, които редовно колонизират полетата около подводните хидротермални източници и отлично се чувстват в екстремните хипоксни условия. Между тях преобладават нисшите ракообразни с размери на тялото от няколко милиметра до 1 см., но не липсват и висши ракообразни от семействата на скаридите, които достигат до 15 см.( 21, 22, 23). Дребните нисши ракообразни от разредите на копеподите и амфиподите се хранят с бактерии, а между скаридите има и хищници, които се хранят с полихети или по-дребни ракообразни. Ракообразните предпочитат зоните с температура 20о – 30оС, където има обилие от бактерии.

Едни от редовните обитатели на „шлейфа” около хидротермалните подводни източници, са и мекотелите (24, 25 26). Тяхната численост също е доста висока – около 34% от населението в този специфичен биотоп. По данни от руски дълбоководни изследвания с подводния апарат „Мир-1” и „Мир-2” в района на хидротермалния източник Манус в Тихия океан те образуват струпвания от 450 до 800 екз/кв м. Термофилните дълбоководни миди са филтратори и се хранят главно с хемоавтотрофни и метанотрофни бактерии около подводните извори и вулкани, а температура на водата варира от 6 до 30оС. Особено голям интерес от биологично гледище представлява тяхната устойчивост срещу високите концентрации на изхвърлените токсични вещества около хидротермалните източници. Така напр. на хидротермалното поле „Lucky Strike” в Атлантическия океан са наблюдавани миди от вида Bathymodiolus azoricus, които живеят в среда с концентрация на мед от 2-3 до 130 мкг/л , олово от 200 до 3300 нг/л и сулфиди от 300- 400 мкМ. (24 ). В хрилете на мидите от посочения хидротермален източник са открити различни концентрации желязо, алуминии, силиции, сяра, кадмии, олово, цинк, никел и други елементи – почти половината от Менделеевата таблица. Разшифровани са и някои от механизмите за защита на тези хидротермални обитатели от токсикологичното действие на посочените метали и метални съединения. Някои от посочените метали се концентрират в биогранули в бъбреците на мидите и се изхвърлят като отложения във външната среда, а друга част – напр. сулфидите се окисляват в тъканите на мантията и кожната обвивка на крака до нетоксични продукти - тиосулфати и сулфати. Интерес представлява и факта, че в покривни тъкани на тялото и главно в хрилете на хидротермалните миди са открити и симбионтни бактерии – метанотрофи, тиотрофи и др., които синтезират органични вещества от околната среда, а те от своя страна биват усвоявани от мидите за храна заедно с бактериите.

Българско участие в тези изследвания за съжаление досега липсва, както поради технически причини (липса на подходяща апаратура и съоръжения, специално оборудвани изследователски съдове и др.), така и поради недостатъчно обучени кадри за морски и дълбоководни изследвания. Въпреки че сме морска страна в нашите висши училища не се обучават цeлево студенти по морска биология и океанология, а в някои се четат само частични лекции и курсове, липсват специализирани учебни и научни лаборатории, организирани учебни практики, магистратури и практически възможности за обучение на студенти и формиране на бъдещи специалисти в тези области. Един от българските университети в близост до Черно море, в който има утвърден вече Природонаучен факултет, е безспорно Шуменският университет. Убеден съм и се надявам, че в бъдеще Шуменският университет може и трябва да вземе по-активно участие в подготовката на български кадри и за морски изследвания и да се включва по ефективно в национални и международни колективи и проекти за изучаване на морските науки и морските ресурси. Пожелавам ви успехи и в това научно направление!