Когда цветут ледники

У ЛЕДЯНОЙ ГРАНИЦЫ ЖИЗНИ

Гляциологическая экспедиция Академии наук СССР заканчивала свои работы на Земле Франца-Иосифа. Один из последних маршрутов привел нас в северную часть острова Гукера (названного именем известного английского ботаника Джозефа Дальтона Гукера, исследовавшего флору Арктики, Антарктики, Гималаев). Мы поднялись на базальтовое плато, прошли вдоль края ледникового купола Седова и спустились в Долину Молчания. Здесь один край ледника обрывается очень круто, словно он отпилен. В этом «распиле» отчетливо видны изгибы слоев льда лет за двести, не меньше. Одни слои тоньше, другие толще. Все вместе они образуют настоящую летопись климата, точно фиксируя условия давно миновавших зим и лет. Следы былых теплых и холодных годов словно уложены на полки, только лишь не пронумерованы.

Удивительное природное явление ледник. Он хранитель воды, хранитель холода, хранитель времени. А здесь мне впервые воочию удалось увидеть, что лед еще и хранитель жизни.

Из Долины Молчания мы прошли к небольшому леднику Маланьи и остановились в изумлении: весь ледник был густо-розовый. И это не было эффектом освещения. Тончайший поверхностный слой льда будто пропитан малиновым сиропом. В некоторых местах окраска ярче, в других слабее, по розовым был весь ледник.

Холодный, мертвый ледник оказался завоеванным жизнью. Многие миллионы микроскопических живых клеток, окрашенных красным пигментом, распространились по поверхности ледника. И лед зацвел...

Цветущие ледники и снежники еще в 1903 году описал русский ботаник И. В. Палибин. Как и мы, он увидел их на Земле Франца-Иосифа. Палнбнн определил, что это водоросли — сферическая снежная хламидомонада, и считал, что это единственная обитательница ледников и снежников.

Весной, как только ослабевают морозы, в лучах круглосуточного полярного солнца водоросли начинают развиваться сначала только на тающих снежниках, а к середине лета захватывают почти весь ледник.

Когда поднимаешься в горы, к их ледяным коронам, видишь, как редеют «ряды жизни». В каменном хаосе ледниковых морен еще можно встретить десятка два видов цветковых растений, мхов, лишайников. Но там, где начинается ледник, жизнь, кажется, исчезает совсем.

Наверное, поэтому когда видишь цветущий ледник, то прежде всего приходит сравнение с разлитой краской. А потом думаешь: может быть, эти живые организмы занес сюда ветер? Нашли же мы как-то на другом леднике огромную, явно не арктическую муху, без сомнения, принесенную теплым ураганным ветром, бушевавшим о те дни...

Многие биологи считают, что водоросли заносит на льды ветром, что жить там они не могут. Так ли это на самом деле? Ледники как бы очерчивают пределы жизни на поверхности Земля. Эта граница не линия, а зона большей или меньшей ширины. Живому свойственно стремление к пределам и за пределы. Всегда находятся смельчаки, идущие туда, куда идти, казалось бы, нельзя. И иногда им удается закрепиться на новом месте и раздвинуть пределы жизни.

ЗА «КРАСНЫМ СНЕГОМ»

Потом мне приходилось не один раз встречаться с малиновыми, розоватыми, фиолетовыми пятнами на снегу и на льду в горах Кавказа, Тянь-Шаня, Камчатки, Шпицбергена. Довелось принять участие в поисках ледниковых микроводорослей, в своеобразной «охоте за красным снегом».

Эта «охота» имеет свою давнюю историю. Сначала внимание ученых привлекла загадочная «красная соль».

Соль на Руси издавна добывалась в естественных осаждениях соленых озер близ Астрахани. Там попадались озера, в которых соль была розовая, да еще и с запахом спелой малины. Такую «малиновую соль» поставляли ко двору Екатерины II.

Академик Иван Лепехин в своих известных «Дневных записках» описал «цветение соли» на озере Эльтон, но при этом признал, что объяснить «красный рапы цвет... дело сверх моего понятия».

Французский ученый Ф. Дюналь, исследовавший соляные бассейны по берегам Средиземного моря, первый предположил, что окраску рапе дают растительные микроорганизмы. Специальная комиссия Парижской академии наук в 1838 году подтвердила это мнение. А еще немного позже было установлено, что эти микроорганизмы принадлежат к группе зеленых водорослей и что многие из них относятся к различным видам хламидомонад.

Первым «охотником» за красным снегом в горах следует, очевидно, считать швейцарского натуралиста Ораса Бенедикта де Соссюра. Его можно было бы назвать и первым альпинистом и первым гляциологом, потому что он совершил первое в истории восхождение на Монблан и попутно провел там измерения температуры воздуха над ледником и скорости движения льда. «Здесь нельзя встретить ни одного живого существа, никаких признаков растительности — это царство холода и вечного безмолвия»,— писал Соссюр. Но он же при втором восхождении на высочайшую гору Альп обнаружил на снегу красные пятна и сообщил о них научному миру.

В 1841 году на русском языке вышли «Лекции по метеорологии» немецкого физика Леопольда Кемца, приглашенного на работу в Россию. В этих лекциях Кемц пишет: «Весьма много шума наделал в новейшее время красный цвет, замечаемый иногда на снегу... Когда такой снег растает, то образующийся на дне осадок является под микроскопом в виде малых круглых зерен, точные исследования показывают, что это суть микроскопические растения, прозябающие па снеге, относительно ближайших их свойств мнения ботаников еще различны».

Академик Российской академии наук А. Ф. Миддепдорф, совершивший свое знаменитое путешествие «на север и восток Сибири», видимо, первым обратил внимание на возможности практического использования водорослей, с которыми он встретился в пятнистой тундре близ бухты Тикси, на севере Якутии. В книге, рассказывающей об этом путешествии, он с сожалением говорит о том, что никому из них не пришло в голову приготовить питательный студень из водорослей ностока в то время, когда они чуть не погибли от голода.

А. Ф. Миддендорф определил химический состав клеток водоросли носток. В них оказалось: белка — 27,75%, протеина — 30,69% и жиров —0,07%.

Первая большая коллекция микроорганизмов, обитающих на поверхности дрейфующих льдов, была собрана во время исторического плавания в Северном Ледовитом океане Адольфа-Эрика Норденшельда на «Веге». Микробиологи обнаружили в этих сборах сотни форм диатомовых водорослей, заключенных в миниатюрные коричневатые панцири.

Мы уже упоминали о работах русского ботаника И. В. Палибина, он изучал ледяные и снежные микроводоросли, участвуя в плавании «Ермака» под командой С. О. Макарова в 1901—1902 годах. Палнбин пришел к выводу, что мельчайшие организмы, поселяясь на льду, разрушающе действуют на его кристаллы. В советское время эти исследования продолжил гидробиолог П. И. Усачев, а затем «папанинец», участник дрейфа «СП-1» П. П. Ширшов, который обнаружил микроводоросли на льду Северного полюса.

Среди исследователей ледниковой флоры особенно неутомима Эржбета Коль из Венгрии. В 30—40-х годах она обследовала и ледниковый покров Гренландии, и ледники североамериканских Скалистых гор, Татры и Карпаты. Полученные ею чистые культуры синезеленых водорослей с ледников хранятся сейчас в коллекциях многих стран мира. Есть «колевскне штаммы» и в Москве, в лаборатории фотосинтеза Института микробиологии Академии наук СССР.

В нашей стране обитателей льда и снега находили на Тянь-Шане, в Хибинах, на Северной Земле, на Полярном Урале. Большую работу по сбору снежной флоры начал в 1928 году на Кавказе Г. С. Филиппов. К сожалению, эти исследования были прерваны ранней смертью ученого. Филиппов успел взять пробы с ледников долин Адылсу и Юсеньги, с перевалов Сванетни. И он сделал вывод: «Красный снег на Кавказе — довольно распространенное явление».

НА ЛЕДНИКАХ ПРИЭЛЬБРУСЬЯ

Весной, как только наметится переломот зимы к лету, на Эльбрусскон станции географического факультета Московского государственного университета появляются гляциологи. Вертолет высаживает их высоко в горах, между двух ледников — Джанкуат и Башкара. Ледник Джанкуатпризнан характерным ледником Центрального Кавказа.

В последние годы гляциологи МГУ начали поиск ледниковых водорослей в Приэльбрусье. Помня о выводе, который сделал Г. С. Филиппов, мы ожидали встречи с красным снегом на каждом шагу. Однако сначала на Джанкуате нам не удалось обнаружить ни одного пятна.

Отправились на ледник Башкара. С трудом пробрались туда через головоломный лабиринт трещин. Вокруг голубовато-серый лед, красных пятен нигде не видно. И вдруг совершенно неожиданно на краю широкой трещины вспыхнуло что-то яркое. Сомнений быть не могло. Конечно, это «они»!

Вслед за гляциологами сюда пришли микробиологи. Они установили, что население ледников многочисленное и разнообразное. Крошечные поселенцы живут во льду и размножаются, активно поглощают свет в процессе фотосинтеза.

Трудно оторваться от микроскопа, рассматривая «урожай», собранный с ледников. Кроме красных, очень красивых клеток овальной и округлой формы со слегка вытянутым в одном месте краем — «носиком» (это те же самые снежные хламидомонады, что встречались нам на Земле Франца Иосифа), мы увидели множество других мельчайших живых организмов различной формы, различной окраски.

В пробе льда с ледника Кашкаташ, одного из наиболее суровых в долине Адылсу, мы обнаружили цепочки вытянутых коричневых клеток, удивительно похожих па связки сарделек. Специалисты определили, что это анцилонема Норденшельда. Э. Коль находила анцилонему в изобилии на ледниковом щите Гренландии, в Исландии, в Норвегии. Названа она именем известного полярника Норденшельда, потому что именно он первый обнаружил эту водоросль во льдах Гренландии в 1870 году.

На ледниках Кавказа анцилонема оказалась наиболее распространенным видом микрофлоры. Взятые с разных высотных уровней пробы снега и льда позволили установить, что с высотой микробиоценозы изменяют свой состав. Чем выше в горы, тем он менее разнообразен: постепенно «выходят из игры» десмндиевые, диатомовые, зеленые водоросли. Ведущая роль переходит к ранее почти незаметным в общей массе синезеленым. На высотах около 5000 метров они становятся единственными обитателями ледников, образуя истинную «границу жизни» в высокогорье.

УНИКАЛЬНЫЕ СИНЕЗЕЛЕНЫЕ

У синезеленых, как и у бактерий, нет в клетке ядра — ядерное вещество не отделено от протоплазмы оболочкой. На этом основании синезеленым в последнее время стали отказывать в праве принадлежать к растительному царству Земли; их именуют цианобактериями.

По прошествии миллионов лет, в которые происходило медленное совершенствование химических реакций жизни, простейшие организмы приобрели удивительную способность использовать в качестве «строительного материала» углекислый газ, воду и молекулярный азот воздуха. И при этом высвобождать кислород.

Мельчайшие клетки синезеленых—размерами всего в несколько микрон — кропотливо, молекула за молекулой, созидали кислородную атмосферу нашей планеты, которая стала необходимым условием последующей эволюции форм жизни на Земле. В основной своей массе эта жизнь невозможна без кислорода.. А сами синезеленые сохранили докислородный образ жизни. Мощный окислитель— кислород им почти не нужен, а в больших количествах даже вреден. Но свет им был необходим всегда.

Они питаются автономно: у них есть хроматофоры с хлорофиллом и другими пигментами (зеленым, желтым, красным, синим), при помощи которых синезеленые усваивают световую энергию, необходимую для построения тела. Они могут менять окраску, включая то одну, то другую область поглощения. Если в потоке света не так уж много коротковолновых лучей, клетки начинают усиленно производить пигменты, обеспечивающие им красную окраску и способность поглощать зеленые и голубые лучи. Если поток губительной для жизни ультрафиолетовой радиации слишком велик, клетки обретают голубоватую окраску, перемещая таким образом максимум поглощения в длинноволновую часть спектра.

Еще одно качество делает синезеленые водоросли уникальными. Это их способность усваивать молекулярный азот непосредственно из воздуха. Каким путем осуществляют они этот сложный и энергоемкий процесс, пока неясно. Выяснено, однако, что механизм фиксации включается лишь тогда, когда в окружающей клетку среде отсутствуют азотистые соли.

Синезеленые можно встретить в горячих вулканических источниках, в глубинах морей, в искусственных водоемах умеренных широт, в горных реках, в Арктике н Антарктике. Чаще всего они живут в воде, но встречаются и на влажной земле и на скалах, омываемых водой. Ископаемые синезеленые обнаружены в нефтяных месторождениях и в породах, возраст которых исчисляется тремя миллиардами лет. В разных концах земли геологи находят породы, сложенные из спрессованных временем клеток синезеленых водорослей. Это страмотолиты. Считают, что когда-то в прибрежной зоне теплых мелководных морей они вырастали на дне правильными пирамидами высотой 15—20 метров.

Замечено, что синезеленые появляются и успешно развиваются там, где никакие другие организмы жить не могут. Поэтому мы встречаем их на безжизненных ледниках полярных и высокогорных стран.

Им приходится жить в условиях постоянно низких температур. Даже у тающего льда температура не поднимается выше нуля по Цельсию. Но водоросли ухитряются активно развиваться, выдерживая многократные переходы температуры через точку замерзания. Они выживают и при очень низких зимних температурах. Правда, при этом живое вещество «упрятано» под защиту плотных оболочек спор. Известен случай возвращения к жизни водоросли, сохранявшейся в замороженном состоянии более ста лет. Их называют криофилами, то есть любящими холод.

Ледниковым водорослям приходится выдерживать особенно мощную атаку света. Но они умеют управлять этим потоком, обезвреживая его и эффективно используя. На этом основании их называют гелиофилами, то есть любящими солнечный свет. Эта удивительная приспособляемость к самым крайним условиям существования стала объектом изучения ботаников-физиологов биологического факультета МГУ. Им передали гляциологи собранный «живой» материал.

Современный мир растений утратил универсальность каждого организма, которой обладают синезеленые и которая позволяет им быть предельно независимыми от внешней среды. Ухудшение условий не приводит их к гибели. Напротив, препятствия как бы служат стимулом к развитию этих удивительных существ. Создав условия для жизни высших организмов, синезеленые не исчезли, а сохранились и при этом не утратили своих древнейших свойств. Они существуют как последний резерв жизни, как защита на крайних ее рубежах.

Может быть, именно они помогут «венцу жизни» — человеку в его стремлении распространиться на все околосолнечное пространство. Синезеленые водоросли могут быть использованы в замкнутой экологической сисгеме космического корабля при длительном полете. Если пофантазировать, то можно представить себе заселение синезелеными водорослями ядра кометы или астероида с целью создания кислородной атмосферы. Космос этим организмам не так уж враждебен.

Надо думать, синезеленым достаточно работы найдется и на Земле. Благодаря способности быстро размножаться невидимые простым глазом клетки в короткий срок могут образовать огромную биомассу. Если, конечно, создать им наиболее благоприятные условия жизни. А такая биомасса может быть использована и в качестве удобрения, и как корм для домашних животных, и как сырье для медицинской промышленности. (В клетках синезеленых содержится ряд редких микроэлементов, срег\и них, например, витамин В₁₂.)

Может быть, полезность синезеленык обнаружится еще с какой-нибудь совершенно неожиданной стороны, когда будет изучено и понято главное — как живут и взаимодействуют со средой эти клетки, как удается им сохранять независимость в самых трудных условиях жизни. Наверное, это понимание даст что-то и для разгадки самого явления жизни.