5. Более скромные сообщества

С замечательной вестиментиферой рифтией и ее симбиотическими бактериями соседствуют некоторые беспозвоночные, часто больших размеров, которые также научились извлекать пользу из наличия в гидротермальной среде разнообразных типов бактерий. Таковы, например, два крупных двустворчатых моллюска Calyptogena magnifica и Bathymodiolus thermophitus и помпейские черви, полихеты из рода Aivinella. Эти три формы, довольно широко распространенные в гидротермальных излияниях на Восточно-Тихоокеанском поднятии и на Галапагосском рифте, установили с бактериями связи, по-видимому, не такие тесные, как рифтия, и в настоящее время гораздо хуже изученные.

Calyptogena magnifica, вид, описанный в 1980 году, принадлежит к известному с миоцена роду, виды которого в большинстве живут на глубинах от 200 до 1500 м. Матово-белые раковины калиптоген располагаются более или менее равномерно вдоль трещин, откуда выходит гидротермальный флюид. Длина раковин может достигать 25 см. У живых моллюсков между приоткрытыми створками видны ткани тела, окрашенные в ярко-красный цвет, и нога - напоминание о роющем образе жизни других видов рода. Пищеварительная система уменьшена, в частности, лабиальные пальпы, служащие для направления ко рту собранных на жабрах пищевых частиц, рудиментарны. У всех исследованных экземпляров кишечник пуст.

Хотя двустворчатые моллюски обычно питаются взвешенными в воде частицами, наличие красного пигмента в крови, обусловливающей красный цвет тканей, и высокая биомасса популяций калиптоген, как и сама локализация животных, привели биологов к мысли, что и здесь возможен оригинальный способ питания с участием хемосинтезирующих бактерий.

Рис. 18. Вверху живая Calyptogena magnifica, достигающая в длину 25 см. Внизу - раковины в процессе растворения в зоне, ставшей неактивной

Предварительные результаты были получены путем определения отношения изотопов углерода ¹³C / ¹²C (см. гл. 4): отношение изотопов для калиптоген с Восточно-Тихоокеанского поднятия на 21° с. ш. и с Галапагосского рифта оказалось равным -32%. В то же время органический углерод частиц, образовавшихся из приповерхностного планктона, характеризуется более высокими значениями: от -15 до -25%. Чтобы объяснить аномально низкое значение изотопного отношения, Pау предположил, что моллюски питаются в основном хемосинтезирующими бактериями. Известно, кстати, что некоторые хемотрофные бактерии предпочтительно фиксируют ¹²СО₂, что понижает отношение изотопов на величину, которая может достигать -30% по отношению к первоначальному источнику минерального углерода. Если принять, что хемосинтезирующие бактерии фиксируют только СО₂, содержащийся в гидротермальном флюиде, изотопное отношение которого равно -4%, то, учитывая, что перенос бактериальной биомассы в ткани двустворок не меняет этого отношения, можно заключить, что значение -32%. обнаруженное у калиптогены, есть результат питания преимущественно хемосинтезирующими бактериями. Аналогичные результаты дает изучение отношения изотопов азота (¹⁵N / ¹³N): его значение у калиптогены колеблется между +2 и +5%. В планктоне это отношение колеблется между +5 и 10% и слегка повышается (до +13%) в органической фракции глубоководных осадков. Причем отношение изотопов азота зависит от положения организма в пищевой цепи и оно тем выше, чем выше трофический уровень. Значение, измеренное у калиптогены, не позволяет заключить, что эта двустворка кормится органическими частицами, образовавшимися в поверхностном слое. Напротив, морские микроорганизмы, способные непосредственно фиксировать газообразный азот, характеризуются низкими значениями изотопного отношения - между 0 и +2%, что сравнимо со значением, установленным для калиптогены.

Следовательно, весьма возможно, что эти двустворки питаются хемосинтезирующими бактериями, использующими локальный источник СО₂, связанный с наличием гидротермального флюида, и способными прямо фиксировать азот. Остается только определить, где живут эти бактерии.

Как раз в этот момент американским биохимикам, работавшим с рифтией, удалось показать, что калиптогена тоже содержит фермент RuBP-азу, необходимую для фиксации СО₂ по циклу С₃ (циклу Кальвина - Бенсона). Этот фермент встречается исключительно в тканях жабр, что, впрочем, характерно и для других двустворчатых моллюсков, живущих в прибрежной зоне с повышенным содержанием сероводорода (мангровые болота и прибрежные лагуны). Жабры калиптогены, сильно развитые и окрашенные в темно-красный цвет, резко отличаются от мелких бесцветных жабр двустворок, лишенных подобных ферментов.

Тогда еще можно было сомневаться: те хемосинтезирующие бактерии, которые ответственны за необычные значения отношения изотопов углерода и азота и активность ферментов цикла Кальвина, - сконцентрировались ли они на жабрах в ходе активного фильтрационного питания двустворки или же они связаны с двустворчатыми моллюсками значительно теснее? Два исследования ультраструктуры жабр, проведенные независимо в США и во Франции, дают однозначные ответы: высокие концентрации сопутствующих бактерий отмечены в клетках наружного края жаберных пластинок, пребывающих в непосредственном контакте с окружающей средой. Эти бактерии заключены в карманы, ограниченные двойной мембраной, вероятно, выделяемой клеткой-хозяином. Эти сферические или палочковидные бактерии меньше, чем бактерии из рифтии, и достигают в диаметре примерно 0,6 мкм. В основании карманов с бактериями наблюдаются очень плотные гранулы, возможно, металлические конкреции. Таким образом, внутри клеток жабр калиптогены действительно имеются бактерии. Однако в том, что касается функционирования ассоциации бактерии - двустворка, еще очень много неясного. Было установлено также повышенное содержание в крови калиптогены сероводорода, фиксированного на белке, который, подобно гемоглобину рифтии, возможно, осуществляет перенос сульфидов из окружающей среды к клеткам жаберного эпителия, содержащим хемосинтезирующие бактерии. К тому же, теперь уже в отличие от рифтии, калиптогена имеет пищеварительную систему, которая хотя отчасти и редуцирована, может быть, функционирует. Значит, калиптогена, возможно, питается органическими частицами, осевшими на жаберные фильтры, в дополнение к пище, получаемой от внутриклеточных бактерий в жабрах в результате еще не окончательно выясненного процесса. Другими словами, нельзя полностью отбросить гипотезу смешанного питания, которое в экологии называется миксотрофией.

Самая последняя работа, посвященная калиптогене, - это ультраструктурный анализ животных, собранных в 1982 году на 21° с. ш. американской экспедицией "Оазис" на подводном аппарате "Алвин". Животные были зафиксированы на борту в отличных условиях, и их изучение в большой степени подтверждает важную роль, которую играют включенные в ткань моллюска бактерии.

Жабры имеют нормальное ресничное покрытие. Вентральная борозда, предназначенная у других двустворчатых моллюсков для проталкивания собранных на жаберных нитях частиц в рот в форме слизистого шнура, значительно редуцирована и не функционирует: из 24 собранных и проанализированных экземпляров ни у одного не было отмечено слизистых шнуров. Значит, обильное выделение слизи связано с очисткой жабр, а реснички, должно быть, способствуют притоку морской воды, омывающей жабры. За исключением небольшой поверхности, занятой ресничками, подавляющее большинство жаберных клеток преобразованы в бактериоциты, заключающие палочковидные внутриклеточные бактерии. Наблюдалось деление этих бактерий, что служит прямым доказательством их метаболической активности. Бактериоциты имеют разный вид - свидетельство того, что, как и у рифтии, здесь имеет место циклический процесс: после фазы роста и деления бактерий, возможно, наступает их распад - лизис и клетки двустворок так или иначе переваривают их. Наблюдавшиеся светлые зоны, более или менее гранулированные, объяснены как следствие распада бактерий. Незараженные клетки среди бактериоцитов составляют, быть может, резерв бактериоцитов. Наконец, обилие складок на наружной стенке бактериоцитов, увеличивающих поверхность обмена с внешней средой, с очевидностью свидетельствует о возможности прямого проникновения сульфидов, а может быть и мелких растворенных органических молекул.

Как видно, многое еще остается сделать, чтобы понять точное назначение внутриклеточных хемосинтезирующих бактерий в жабрах Calyptogena magnifica с точки зрения физиологических функций, не говоря уже о других видах того же рода, живущих в аналогичных условиях: С. pacifica на пронизанных гидротермальными флюидами осадках бассейна Гуаймас в Калифорнийском заливе, пока не описанных трех видов Calyptogena^*, обнаруженных на глубинах 3800 и 5800 м в зоне субдукции близ Японии, и еще одного вида, живущего у подножия Флоридского эскарпа в Мексиканском заливе.

^* (Их оказалось не три, а четыре вида: Calyptogena nautilei, С. kaikoi и С. laubieri описаны с глубин около 3800 м юго-восточнее полуострова Кии, С. phaseoliformis - с глубины около 5650 м восточнее Токио. - Прим. ред.)

Рис. 19. На этой раковине Bathymodiolus thermophilus видны основания биссусных нитей других особей

Второй вид крупных двустворчатых моллюсков, открытый в подводных оазисах, принадлежит к хорошо известному семейству митилид, к которому относится съедобная мидия, обычная для побережья Франции. Правда, "мидии" из подводных оазисов, собранные в 1977 году на Галапагосском рифте, принадлежат к группе менее известных митилид - к модиолам, отличающимся от настоящих мидий положением замка раковины и закругленной формой ее переднего края. Модиолы известны палеонтологам в отложениях, относящихся еще к девону, то есть это довольно древняя группа моллюсков. Найденные в оазисах батимодиолы достигают в длину 18 см, иначе говоря, они намного крупнее других видов модиол. Раковины, от желтоватых до темно-коричневых, часто имеют следы прикрепления фиксирующих нитей других особей (так называемого биссуса, имеющегося и у прибрежных мидий), обнаружены на них и мелкие колпачковидные брюхоногие моллюски. Батимодиолы способны образовывать плотные банки с многорядным расположением особей; часто они прикрепляются к трубкам рифтий на различной высоте. Измерение температур на разных местонахождениях показало, что батимодиолы выносят температуру от 3 до 8-9 °С и удаляются от гидротермального источника не более чем на десяток метров. Митилиды с Галапагосского рифта после нескольких лет изучения наконец-то описаны и названы Bathymodiolus thermophilus. Батимодиолы, найденные на Восточно-Тихоокеанском поднятии на 13° с. ш. принадлежат, вероятно, к тому же виду. "Мидии" отмечены также у подножия Флоридского эскарпа и на хребте Эксплорер, вблизи Британской Колумбии, но они пока еще плохо изучены.

Перед биологами очень быстро встал вопрос о питании батимодиол. Как и у калиптогены, было измерено отношение изотопов углерода с целью установить источник органического углерода, используемого батимодио-лами. Значения от -32 до -34% для батимодиол из подводных оазисов значительно отличаются от более высоких значений (от -16 до -18%) для прибрежных мидий и, наоборот, близки к значениям, полученным для калиптоген. Поэтому были предприняты попытки узнать, имеются ли в жабрах батимодиол, как в жабрах калиптоген, ферменты, характерные для цикла фиксации СО₂. Хотя их активность у батимодиол не столь высока, как у калиптоген, удалось выявить наличие в жабрах батимодиол с Галапагосского рифта RuBP-азы, характерной для цикла Кальвина - Бенсона. Жабры этого моллюска, как показало исследование в электронном микроскопе, также содержат бактерии. Эти бактерии мельче, чем бактерии из калиптоген, не больше 0,4 мкм в диаметре, и тоже внутриклеточные. Они помещаются в эпителиальных клетках жабр в карманах, которые могут занимать большую часть клетки-хозяина, так что ее ядро оказывается сдвинутым к базальной части. Кроме того, на поверхности жаберных клеток обнаружены нити длиной 10-20 мкм и диаметром 0,5 мкм, которые, видимо, являются нитчатыми бактериями, и другие нити, более тонкие и с менее правильной морфологией, возможно, актиномицеты.

В отличие от калиптогены, у батимодиолы есть функционирующая пищеварительная система и развитые лабиальные пальпы. Жабры, как и у прибрежных мидий, имеют ресничную оболочку и систему бороздок, окруженных слизистыми клетками. Отсюда можно заключить, что ток воды, вызванный биением ресничек, обеспечивает перенос окутанных слизью частиц до лабиальных пальп, которые препровождают их в рот. Микроскопический анализ содержимого кишечника батимодиолы подтверждает это заключение: там обнаружены раковины фораминифер, фрустулы (створки) диатомовых водорослей, опустившихся с поверхности вод, разные остатки и многочисленные бактериальные клетки.

Экспериментальное доказательство роли хемосинтезирующих внутриклеточных бактерий было получено в 1984 году на батимодиолах с излияния на 13° с. ш. на Восточно-Тихоокеанском поднятии. В отличие от американских исследователей, выполнявших работы на рифтиях, французские специалисты Фиала-Медиони, Алэз и Каэ выбрали способ in situ: батимодиол помещали манипулятором "Сианы" в закрытую камеру объемом 25 л. Под водой производили и инъекции веществ, помеченных радиоактивной меткой (карбонат, помеченный ¹⁴С, и различные аминокислоты, помеченные ³Н), и, после инкубации в течение 20 часов, животных поднимали на поверхность (практически это промежуток времени между двумя последовательными погружениями "Сианы"). Результаты этих опытов показали, что радиоактивный углерод концентрируется в жабрах (75-90% общей радиоактивности), в зонах, богатых внутриклеточными бактериями. Добавка антибиотиков перед инъекцией меченого карбоната значительно уменьшает фиксацию СО₂, подтверждая ведущую роль бактерий в этом процессе. Биохимические анализы показывают, что радиоактивный углерод включается в мелкие молекулы (сахара, аминокислоты), а также обнаруживается в макромолекулах белков и липидов. Наконец, меченые аминокислоты тоже абсорбируются батимодиолами, особенно в жабрах. Таким образом, батимодиола, в зависимости от местных условий, вероятно, может использовать три способа питания: симбиоз с хемосинтезирующими бактериями, абсорбцию мелких органических молекул, таких, как аминокислоты, которые могут встречаться в измеримых количествах вблизи гидротермальных источников, бактерий, связанных с гидротермалью, или органических остатков, опускающихся из поверхностных вод.

Как видно, ситуация с батимодиолами посложнее, чем с калиптогеной, что, возможно, объясняет, почему батимодиолы могут жить на большем удалении от гидротермальных источников.

Рис. 20. Помпейский червь Alvinella pompejana с немногочисленными сегментами и длинными дорсальными папиллами

Третья форма, обнаруженная в непосредственной близости от устьев гидротермальных излияний, тоже живет в тесном контакте с бактериями, - это два вида кольчатых червей (полихет): помпейские черви, названные так потому, что они постоянно посыпаются настоящим дождем частиц серы, словно вулканическим пеплом, и описанные над названием Alvinella pompejana и А. caudata. Помпейские черви впервые наблюдались у излияния на 21° с. ш. на Восточно-Тихоокеанском поднятии. Они достигают 20 см в длину и имеют 80-190 одинаковых сегментов тела. Появляются эти трубчатые черви, когда температура выбрасываемого гидротермального флюида превосходит 50 °С. Появившись, они образуют колонии, ковром выстилающие стенки труб полиметаллических сульфидов высокой температуры (черных курильщиков) и покрывающие распылители с белесоватой жидкостью промежуточной температуры - так называемые снежки, открытые геологами в 1976 году на 21° с. ш. и тогда же ими описанные. Альвинеллы - самые термофильные формы из всех известных в настоящее время беспозвоночных, связанных с гидротермальными излияниями. Судя по наблюдениям "Сианы" на 13° с. ш., они переносят температуру от 20 до 40 °С. На распылителях с белесоватой жидкостью измерения температуры дают невероятно высокий градиент: непосредственно на поверхности колонии температура равна 30 °С, а при погружении зонда на глубину каких-нибудь 10 см она достигает 100 °С, на глубину 20 см, в толщу червей - уже 200 °С! Конечно, помпейские черви не всегда вынуждены жить при такой температуре, которую они, вероятно, и не вынесли бы, но это наблюдение показывает, что гидротермальный флюид температурой 250 °С, испускаемый распылителем, постепенно смешивается с морской водой в системе пор, образованных пустыми трубками помпейских червей, более или менее срощенными и уплощенными. В этой лакунарной массе обильно размножаются бактерии, результаты деятельности которых проявляются в повышенном содержании органического вещества бактериального происхождения над колониями альвинелл.

Исследуя первые экземпляры помпейских червей, которые я описал вместе с Даниэлем Дебрюйером в 1980 году, я был удивлен тем, что небольшая коллекция десятка в полтора животных, добытых "Алвином", содержит две формы червей: два экземпляра более крупных животных с 90 сегментами тела и 15 червей меньшего диаметра, но имеющих 120-190 сегментов. У всех кольчатых червей, известных на сегодня, соматический рост идет путем возрастания числа сегментов тела, образующихся как раз перед последним сегментом, так называемым пигидием. Поэтому я ожидал увидеть крупных червей с большим количеством сегментов и мелких червей с малым количеством сегментов, но столкнулся с абсолютно противоположной ситуацией. Кроме того, черви были одеты обильной ресничной оболочкой, по-разному расположенной у этих двух форм: у крупных особей ресничный покров образует настоящий войлок из ворсинок, различимых невооруженным глазом и правильно расположенных на спинной части среднего отдела тела червя; у мелких особей с большим количеством сегментов обильно покрыта очень тонкими нитями лишь задняя часть, сильно уплощенная, с ножками (параподиями), развитыми гораздо сильнее, чем параподии переднего отдела тела. Но поскольку все характеристики, используемые обычно для различения видов этого отряда полихет, у обоих форм идентичны, мы выдвинули гипотезу о двух последовательных стадиях развития одного и того же вида, предположив, что крупные особи - результат автотомии (рефлекторное самокалечение, наиболее известный пример - отбрасывание клешни у крабов) особей с многими сегментами. К тому же эта гипотеза поддерживалась существованием подобного явления у других полихет, явления, связанного с размножением.

Описывая как можно полнее обе эти формы червей, мы все же пришли тогда к заключению, что существует единственный вид помпейского червя. По мере того как наши работы по изучению этой формы продвигались, мы все более и более скептически относились к этому первоначальному заключению. В частности, несмотря на новые, весьма обильные сборы, нам не удалось найти экземпляра на промежуточной между двумя описанными формами стадии развития. Четыре года спустя с помощью генетиков проблема была решена, к великому смущению специалистов, на основе анализа ферментного полиморфизма. Генетики называют полиморфизмом одновременное существование в популяции многочисленных вариантов одного и того же признака. Измерение ферментного полиморфизма сотни помпейских червей, принадлежащих к двум описанным формам, показало, что на самом деле это два хорошо различающихся вида, не связанных близким родством. Мы назвали форму с большим количеством сегментов Alvinella caudata, оставив первоначальное название A. pompejana за крупными особями с меньшим количеством сегментов, что соответствует Международному кодексу зоологической номенклатуры.

Рис. 21. Помпейский червь Alvinella caudata с многочисленными сегментами и измененной задней части тела

Как бы то ни было, оба вида Alvinella имеют одну общую черту - плотную оболочку из тонких или более толстых нитей, совершенно необычную для кольчатых червей. Очень скоро было показано, что эти реснички и нити в действительности - нитевидные бактерии, обитающие изолированно или группами на прозрачной органической основе. Эти нитевидные бактерии имеют диаметр 4-5 мкм и могут образовывать цепочки длиной до нескольких миллиметров. На уровне прикрепления этих бактерий к стенке тела червя замечены изменения стенки, или кутикулы. У A. caudata различаются три основные зоны: в передней части сферические и нитевиднме бактерии локализованы в межсегментных спинных участках, образующих глубокие борозды на кутикуле; в 10-15 сегментах переходной зоны кутикула видоизменена появлением маленьких пиннул, к которым прикрепляются бактерии; наконец, в заднем отделе пучки бактериальных нитей оседают на всех выростах полностью измененных параподий, длина которых превосходит диаметр тела. Расположение бактерий у A. pompejana еще примечательнее: они представляют собой очень длинные нити, собранные в пучки прозрачной органической основой, выделяемой червем. Кажется, что эти структуры принадлежат червю: в самом деле, в основании этих папилл наблюдаются отверстия диаметром примерно 100 мкм, открывающиеся на короткой тегументальной ножке. Отверстия расположены вдоль межсегментных границ по обе стороны от них на спинной стороне среднего отдела тела. Папиллы достигают длины 3-4 мм. Микроскопическое исследование показывает, что они образованы нитчатыми бактериями, расположенными продольно вокруг прозрачной центральной оси.

На внутренней стороне трубки помпейских червей также имеется множество различных бактерий. А вот внутриклеточные бактерии у них, в отличие от описанных выше беспозвоночных, никогда не наблюдались.

Этот исключительный бактериальный эпибиоз существует у обоих видов помпейских червей у всех особей, насчитывающих более 50 сегментов. Имеет ли такая ассоциация функциональное значение, сравнимое со значением внутриклеточных бактерий? Большое морфологическое разнообразие бактерий-эпибионтов заставляет предположить, что ответ на этот вопрос не будет однозначным.

Изучение отношения изотопов углерода в тканях червей (значения от -10 до -11%) показало, что источник используемого неорганического углерода местный - его производят хемосинтезирующие бактерии. Измерение отношения изотопов азота, наоборот указывает на то, что помпейские черви сильнее удалены от источника минерального азота, чем погонофоры и двустворчатые моллюски. Следовательно, сообщество, если оно существует, должно быть более открытым, чем в случае батимодиол.

Тогда попытались определить, действительно ли бактерии, ассоциированные с покровами червей, имеют автотрофный метаболизм и синтезируют органическое вещество из минерального углерода. Первое указание в пользу этого дало обнаружение в гомогенате покровов тела весьма активной RuBP-азы, уже известной у погонофор и двустворчатых моллюсков. В гомогенате трубок присутствует другой фермент - РЕР-аза. Следовательно, по крайней мере часть бактерий, связанных с червями или их трубками, имеет хемосинтетический обмен веществ. Лабораторные культуры бактерий, полученных из покровов червей, позволили изолировать 36 разных штаммов, из них лишь три являются в условиях культуры строгими автотрофами. Правда, метаболизм бактерий цикла серы значительно варьирует в зависимости от условий среды; Баросс и Деминг показали, что в условиях, приближенных к тем, которые наблюдаются в излияниях, и при полном отсутствии кислорода бактерии с трансформированных параподий A. caudata осаждают сульфиды из гидротермального флюида.

Это повлекло за собой проведение экспериментов in situ с системой, представленной червем, его трубкой и сопутствующими бактериями.

Пищеварительный тракт альвинеллы, похоже, функционирует: буккальные щупальца могут улавливать разнообразные частицы, а изучение пищевого комка показывает, что черви заглатывают значительное количество минералов (барит, металлическая сера, ангидрит...), осажденных на бактериях и некоторых частицах, опустившихся с поверхности. Некоторые из этих бактерий являются спорами термофилов.

В 1982 году сначала на Галапагосском рифте, а затем на 13° с. ш. была обнаружена новая форма альвинеллид. Названная Paralvinella grasslei в честь Грассля, руководителя первой американской биологической экспедиции на Галапагосский рифт, она представляет новый род, более древний, чем род Alvinella, если судить по модификации самых передних сегментов, несущих жабры. В самом деле, у наиболее примитивных кольчатых червей все сегменты одинаковы, тогда как у более продвинутых форм имеет место специализация некоторых передних сегментов и, главное, более или менее полное слияние сегментов друг с другом. У Paralvinella четыре отдельных передних сегмента, каждый из которых несет по паре жабр, тогда как у Alvinella только один сегмент, образовавшийся в результате слияния четырех сегментов, и он несет все четыре пары жабр. Паральвинелла полностью лишена бактерий-эпибионтов. Червь живет среди массы трубок рифтий, на которых он строит свои собственные прозрачные слизистые трубки, но встречается также среди колоний альвинелл, расположившихся на беловатых распылителях.

В ходе экспедиции 1984 года на излиянии на 13° с. ш. с борта "Сианы" удалось провести много новых опытов. Животных собирали с помощью манипулятора и помещали в закрытую камеру - инкубатор, такую же, как использованная для батимодиол. Первый опыт показал, что меченый радиоактивной меткой углерод, предложенный альвинеллам, включается в органические молекулы примерно за 20 часов инкубации, причем в отсутствие антибиотиков, следовательно, по крайней мере часть бактерий-эпибионтов способна фиксировать СО₂; а некоторые продукты их обмена затем передаются червям. Метод авторадиографии позволяет определить, что метку содержат только бактерии, собранные в пучки в межсегментных пространствах, и те, что прикрепляются к внутренней поверхности трубки. Добавка антибиотиков не подавляет, как ожидалось, включения меченого углерода в ткани альвинелл. Может быть, примененные антибиотики с широким спектром действия не влияют на имеющиеся здесь штаммы, или имеет место прямое включение меченого СО₂ червями? Во втором опыте использовались две радиоактивные метки: ¹⁴С в минеральной форме и ³Н в органической (тимидин), а паральвинелла - полихета, начисто лишенная эпибионтных бактерий, - служила контролем. Абсорбция углерода происходит у обоих родов на одних и тех же участках тела, в частности в жабрах и нежелезистом эпидермисе. ³Н обнаруживается в основном в жабрах, буккальных щупальцах и железистом эпидермисе. Нитчатые бактерии крупных спинных папилл альвинелл не включают углерод в экспериментальных условиях, но биологически активны, что видно по включению трития. Хемосинтезирующими бактериями являются как раз бактерии, собранные в пучки в межсегментных участках у альвинелл, а также бактерии внутри трубок. Топографические отношения между бактериями-эпибионтами и путями проникновения органических меченых метаболитов не установлены.

Из всего набора экспериментальных фактов можно сделать вывод, что хемосинтезирующие бактерии фиксируют и включают в обмен веществ СО₂, затем высвобождают органические метаболиты, которые червь поглощает через жабры и нежелезистый эпидермис. Однако экспериментальные условия весьма далеки от естественных, в которых функционирует ассоциация бактерии-альвинеллы. В самом деле, когда комок трубок, взятых манипулятором, помещается в камеру-инкубатор, многое меняется. Прежде всего, останавливается приток гидротермального флюида, который в нормальных условиях просачивается из глубины колонии к периферическим районам, постепенно смешиваясь с морской водой. В результате количество сероводорода значительно уменьшается, тем самым некоторые бактериальные процессы меняются и даже начинают идти в противоположном направлении. Далее, можно предположить, что большая часть органических метаболитов, высвобожденных хемосинтезирующими бактериями, происходит из глубинных слоев колоний, где температура порядка 100 °С и выше, что соответствует потребностям термофильных бактерий, - там, вероятно, и расположен очаг наиболее интенсивного хемосинтеза. Кроме того, возможно, что в экспериментальных условиях концентрация органических метаболитов гораздо ниже, чем в естественных условиях, а ведь многочисленные опыты, вот уже лет пятнадцать проводимые в лаборатории над прибрежными животными, выявили, что абсорбция мелких органических молекул и их перенос через эпидермис в большой мере зависит от их концентрации. И наконец, на трубах курильщиков или распылителей, заселенных альвинеллами, очень трудно найти горизонтальные поверхности достаточного размера, чтобы расположить там в приемлемых условиях стабильности камеру-инкубатор; это значит, что температура воды в камере во время инкубации не превышает десятка градусов, тогда как ассоциация бактерии-альвинеллы функционирует обычно при температурах 20-40 °С.

Оригинальность ассоциации бактерий и помпейских червей, может быть, заключается в использовании не только сложных физиологических механизмов, но и физико-химических свойств разбавленных флюидов, которыми омываются микроорганизмы и помпейские черви. Эта оригинальность подтверждается биогеохимическим исследованием, проведенным независимо от описанных выше опытов, которое заключалось в анализе углеводородов и жирных кислот, присутствующих в пробах воды, взятых в десятке сантиметров над тремя основными зонами поселений: распылителями с альвинеллами, ореолами с рифтиями и с серпулидами. Результаты анализов показывают, что концентрации углеводородов и жирных кислот, растворенных или взвешенных, над тремя зонами поселений больше, чем в придонной воде, взятой на той же глубине в стороне от гидротермальных излияний, и, главное, что самые высокие концентрации жирных кислот обнаруживаются над колониями альвинелл. Если вспомнить, что в зоне рифтий биомасса гораздо выше, чем в зоне альвинелл, и что ткани тела помпейских червей содержат мало углеводородов, но много жирных кислот, то мы получаем первое интересное указание. Жирные кислоты разделяются на две основные химические группы - насыщенные и ненасыщенные; ненасыщенные жирные кислоты являются прямым продуктом метаболизма живых организмов и используются ими как источник пищи; они также гораздо менее устойчивы, чем насыщенные жирные кислоты. В отдельную группу выделяются разветвленные жирные кислоты с 15-17 атомами углерода - они встречаются только в мембранах бактерий и, следовательно, могут использоваться как показатель наличия бактерий в среде. Изучение отношения между насыщенными и ненасыщенными жирными кислотами подтверждает предыдущее наблюдение: содержание ненасыщенных жирных кислот максимально над альвинеллами. Содержание разветвленных жирных кислот над колониями альвинелл также намного выше, чем где бы то ни было, затем идут воды, омывающие поселения рифтий, а зона, заселенная серпулидами, дает самые низкие показатели. Это свидетельствует о важности бактерий-эпибионтов альвинелл и микроорганизмов, живущих в массе трубок червей: значительные количества разветвленных жирных кислот высвобождаются в результате жизнедеятельности этих бактерий и после их гибели. Наоборот, рифтий после гибели хемосинтезирующих внутриклеточных бактерий используют их и вовлекают их в обмен веществ непосредственно внутри тела, и поставлять эти вещества в воду, омывающую поселения больших погонофор, могут лишь свободноживущие бактерии, обитающие на трубках рифтий или под поверхностью, в протоках, где циркулирует разбавленный гидротермальный флюид. Над серпулидами концентрации минимальны, что объясняется как малой биомассой в этой зоне, так и удаленностью ее от гидротермальных излияний: действительно, серпулиды составляют последний круг жизни гидротермального сообщества, который сменяют почти пустынные глубины океана.

Эти биогеохимические данные равным образом доказывают существование мелкомасштабной конвективной циркуляции частиц, выходящих в морскую среду как раз над колониями альвинелл, циркуляции, возникающей в результате излияния гидротермального флюида. Часть органических частиц, образованных в колониях альвинелл путем бактериального хемосинтеза, таким образом переносится в другие зоны сообщества и используется организмами, способными собирать взвешенные в морской воде частицы, - батимодиолами и серпулидами.