Каменные сады океана: как образуются и живут коралловые рифы

В старину кораллы считались особыми существами, соединяющими в себе черты всех трех царств природы — животного, растительного и минерального. В самом деле, коралловый риф похож на причудливые деревья и кусты. Прикоснувшись к ним, кажется, что они каменные. А присмотревшись пристальнее, человек замечает, что вместо листьев или цветов они покрыты неисчислимым множеством крохотных существ, чьи щупальца находятся в постоянном движении, выискивая в воде что-нибудь съедобное.

Обычно, говоря «кораллы», если только речь идет не о драгоценностях, мы имеем в виду так называемые мадрепоровые (каменистые) кораллы — самую большую группу рифовых полипов. Их насчитывается около 2500 видов. Как и все кораллы, мадрепоровые принадлежат к типу кишечнополостных — одному из наиболее просто устроенных среди многоклеточных. Он включает в себя довольно много разнообразных, порой причудливых форм организмов, у которых общая схема строения одинакова: мешок из двух слоев живой ткани, входное отверстие которого снабжено большим или меньшим количеством щупалец.

Несмотря на столь простое устройство, многие кишечнополостные обладают довольно эффективными органами чувств и способны к активному плаванию, но только не мадрепоровые кораллы. Они подвижны только на самом раннем этапе своей биографии — на стадии микроскопической личинки, единственной задачей которой является поиск подходящего места для прикрепления. Им может оказаться и камень, и подводная скала, и корпус затонувшего корабля, и мертвые участки уже существующих коралловых зарослей.

Зодчие рифа

Прикрепившись, личинка превращается в маленького полипа, подошва которого тут же начинает формировать скелетную пластинку из углекислого кальция. Толщина пластинки постоянно растет, вверх от нее начинают подыматься скелетные перегородки, разделяющие тело полипа на несколько радиальных секторов. В результате зрелый организм выглядит как тонкая пленочка живой ткани, натянутая на мощный известковый скелет.

Среди мадрепоровых кораллов есть и любители одинокой жизни, но подавляющее большинство их колониальные: они селятся вместе, сливаются воедино, образуя те причудливые формы, которые и вызывают наше восхищение. У одних видов они шарообразные, у других — напоминают кусты, у третьих — выглядят как плоские решетчатые плиты, у четвертых — это складчатые поверхности сложной формы, напоминающие не то некоторые наземные грибы, не то абстрактные скульптуры.

Есть виды, колонии которых похожи на кочан цветной капусты или человеческий мозг, разделенный длинными извилистыми бороздами. Если приглядеться к такой борозде, то можно заметить, что по ее центру проходит сплошная щель — линия слившихся воедино ртов отдельных полипов, вдоль которой рядами сидят щупальца. У мозговиков (так называют эти кораллы) процесс объединения захватил не только скелеты, но и сами тела полипов. Выделить внутри такой колонии отдельных особей невозможно — она вся представляет единый организм.

Именно колониальным видам мадрепоровых кораллов мы и обязаны существованием знаменитых коралловых рифов. Кажется невероятным, что крохотные (обычно 1—5 миллиметров в диаметре) комочки живой слизи могут создавать столь масштабные, геологического размера структуры. Так, длина Большого Барьерного рифа, протянувшегося вдоль восточного берега Австралии, составляет около 1430 миль (примерно 2300 километров), а общая площадь коралловых рифов в Мировом океане сегодня достигает 284 000 квадратных километров (впрочем, по данным ученых, еще полвека назад их было вдвое больше).

В создании этих исполинских образований обычно участвуют разные виды кораллов, а также представители других типов сидячих беспозвоночных (прежде всего мшанки) и даже особые известковые водоросли. Но основу рифа всегда составляют именно мадрепоровые кораллы: в их отсутствие никакие другие морские организмы не образуют крупных рифов.

Вверх и в стороны

С давних пор натуралисты различали три основных типа рифов: окаймляющие (береговые), барьерные и атоллы. Окаймляющий риф располагается непосредственно у берега, одним краем примыкая к нему. Барьерный тоже тянется вдоль береговой линии, но между ним и берегом остается довольно глубокий пролив.

Самым загадочным выглядит атолл: посреди океана, часто вдали от любых берегов высится риф почти правильной кольцеобразной формы с мелководной лагуной внутри. Часто гребень такого рифа поднимается над поверхностью моря, образуя низкий и узкий остров-кольцо со скудной растительностью. Надводная его часть состоит из кораллового песка — мелких обломков скелетов кораллов, а самая верхняя часть острова покрыта тонким слоем почвы.

Загадку возникновения разных типов коралловых рифов разрешил не кто иной, как Чарлз Дарвин . Он обратил внимание на то, что кораллы могут жить лишь в самом верхнем слое океана: виды, способные к массовому рифообразованию, редко встречаются глубже 50 метров. Излюбленные же их глубины — от 30—40 метров до приповерхностного слоя.

Дарвин рассуждал так. Предположим, с океанского дна поднялся вулканический остров-гора, вершина которого немного возвышается над водой. Ее подводные склоны до известной глубины тут же будут заселены вездесущими личинками кораллов. Разрастаясь, они образуют типичный береговой риф, непосредственно соединенный с островом. Но что будет, если дно в этом месте будет опускаться или начнет подниматься уровень моря? Кораллы будут вынуждены надстраивать свои колонии вверх.

Тем временем нижняя часть рифа, оказавшись на слишком большой глубине, будет постепенно отмирать. В невыгодном положении окажется и внутренняя, примыкающая к берегу часть: ведь пищу обитателям рифа приносит океан и внутренним участкам достаются лишь остатки со стола внешних. К тому же внешняя кромка рифа разбивает прибойную волну, что ухудшает снабжение внутренних участков кислородом.

Постепенно эта часть рифа становится местом обитания менее прихотливых, но и медленнее растущих видов кораллов. Кромка же рифа растет стремительно: в благоприятных условиях ветвистые кораллы могут давать 20—30 сантиметров прироста в год. По мере отставания роста внутренней части от внешней риф как бы отодвигается от новой береговой линии, тем самым превращаясь из берегового в барьерный. Наконец, если опускание дна зашло так далеко, что бывший остров вовсе исчезает под водой, памятником ему остается атолл — кольцевой коралловый риф с мелководной лагуной внутри.

Понятно, что весь этот процесс в природе никто не наблюдал. Однако, когда ученые получили возможность пробурить скважины на атоллах, оказалось, что под ними лежат многие сотни метров коралловых известняков — спрессованных скелетов предыдущих поколений кораллов. Только на глубинах 600—1400 метров (то есть далеко за пределами пригодных для кораллов глубин) они сменялись вулканическими породами. Возраст последних составлял 25—50 миллионов лет. И все это время над ними непрерывно нарастали все новые и новые слои кораллов.

Жизнь на лезвии бритвы

Такая долговечность рифов кажется удивительной. Дело в том, что кораллы чрезвычайно требовательны не только к глубине. Большинство рифообразующих видов не живут там, где температура воды хотя бы иногда опускается ниже 20 °С. Правда, кораллы Аравийского и Красного морей приспособились переживать кратковременные снижения температуры до 16 °С, но ниже этой отметки гибнут и они.

(Известно одно исключение: холодноводный коралл лофелия, образующий обширные рифы на шельфе Норвегии, причем на предельной для кораллов глубине — почти 200 метров. Но лофелия никогда не встречается в теплых морях, образуя как бы параллельный тропическим рифам мир.) Однако и подъемы температуры свыше 29 °С кораллы переносят плохо: они болеют и, если перегрев оказывается слишком долгим или регулярным, погибают.

Столь же чувствительны кораллы по отношению к солености воды: больше всего им подходит нормальная океаническая соленость — около 3,5%. Превышение этой величины полипы еще могут выдержать (а красноморские виды постоянно живут в воде соленостью 3,8—4%), но любое, даже самое кратковременное распреснение влечет за собой их немедленную гибель.

Некоторые особые виды, обитающие на предельно малых глубинах, во время самых глубоких отливов ненадолго оказываются над поверхностью воды. Они приспособились переносить эту экстремальную ситуацию: у одних видов полипы могут глубоко втягиваться внутрь массивных колоний, у других сама колония имеет форму чаши, внутри которой вода остается и во время отлива. Но если в это время над рифом идет дождь, то он убивает и этих спартанцев.

С учетом всего сказанного можно только удивляться, как столь капризным созданиям удалось вообще дожить до нашего времени. Однако коралловый риф — не просто множество полипов и их известковых построек, это сложнейшая биологическая система, способная к саморегуляции и восстановлению.

Подводный ковчег

На здоровом рифе коралловые полипы чаще всего окрашены в зеленый или зеленовато-желтый цвет. Эту окраску им придают одноклеточные водоросли зооксантеллы, во множестве живущие прямо внутри тканей прозрачного полипа. Они выполняют роль своего рода «молочного скота», производя в избытке сахара и другие органические вещества, которые поглощаются клетками полипа.

Некоторые кораллы (альциониевые) настолько положились на своих квартирантов, что вообще разучились питаться самостоятельно: не реагируют на обычную для полипов пищу (микроскопических планктонных животных), а при длительном пребывании в темноте, где невозможен фотосинтез, погибают.

Однако для большинства рифообразующих видов пища, поступающая от зооксантелл, — лишь подкормка. Куда важнее для них то, что водоросли в изобилии производят кислород и поглощают продукты азотистого обмена. Причем то и другое происходит прямо по всему телу полипа, избавляя его от всяческих забот об органах дыхания, выделения и транспорта веществ. Большинство мадрепоровых кораллов могут жить и без зооксантелл, но только в виде отдельных колоний, без образования рифов, в которых бесчисленное множество полипов мгновенно поглотило бы весь кислород и отравило бы себя продуктами собственного метаболизма.

В тропической части Мирового океана, в общем-то бедной биогенными элементами (азотом, фосфором, калием и т. д.), содружество полипов и водорослей оказалось своеобразным фильтром, отцеживающим драгоценные вещества из окружающих вод и замыкающим их дальнейший оборот внутри рифа. Это превращает риф в цветущий оазис в океанской пустыне: биологическая продуктивность квадратного метра рифов в 100 раз больше, чем в окружающих водах, и в 4—8 раз больше, чем в морях умеренной зоны.

Неудивительно, что в этих райских подводных садах находится место не только их создателям, но и тысячам и десяткам тысяч видов самых разных морских существ: рыб, ракообразных, моллюсков, губок, кольчатых червей, иглокожих… По разнообразию населяющих его видов коралловый риф может сравниться только с дождевым тропическим лесом, среди водных же экосистем он не имеет соперников.

Дело не столько в высокой продуктивности рифа, сколько в его сложной структуре, создающей возможности для существования бесчисленного множества экологических ниш. Риф предоставляет и обильную пищу, и многочисленные убежища от хищников, выступая как бы морским детским садом: здесь размножаются и проводят большую часть своего личиночного развития многие обитатели открытого моря — рыбы, головоногие моллюски и ракообразные.

К сожалению, сейчас коралловые рифы переживают не лучшие времена: из самых разных районов мира приходят сообщения об их обесцвечивании, разрушении и гибели. Тяжелые потери понесли кораллы Карибского моря и Мексиканского залива (причем рифы вблизи континентального побережья пострадали сильнее островных). Большие очаги гибели кораллов зафиксированы в Индийском океане, отмечены разрушения на атоллах Океании.

А Большой Барьерный рифе могут и вовсе исключить из списка Всемирного наследия ЮНЕСКО из-за того, что он продолжает терять цвет из-за постоянного теплового стресса. Более или менее благополучными остаются, пожалуй, лишь рифы Красного моря, но это не меняет общей тенденции. Как утверждают ученые, с 1950-х годов площадь коралловых рифов в мире сократилась вдвое.

Конкретные причины могут быть разными: болезни (в последнее время на пострадавших рифах обнаружено более десятка ранее неизвестных болезней кораллов), разрастание водорослей, препятствующих заселению погибших участков личинками кораллов, нарушение связей в экосистеме рифов в результате перелова отдельных видов и загрязнения океана…

Указывается и общая причина: пресловутое глобальное потепление, из-за которого температура воды в тропиках все чаще и чаще переваливает за роковую отметку 29 °С. (Впрочем, большие массивы обесцвеченных кораллов обнаружены на 30-метровой глубине, где температура воды не превышает 23 °С и не подвержена колебаниям.)

Во многих странах развернулись исследования причин массовой гибели кораллов, а в некоторых (США, Австралии, Саудовской Аравии) начались работы по искусственному выращиванию коралловых колоний. Перспективной представляется и «печатание» искусственных кораллов на 3D-принтере для замены мертвых и поддержания целостности пораженных коралловых сообществ. Однако сегодня будущее морских садов остается крайне тревожным.

Материал опубликован в журнале «Вокруг света» № 8, август 2009, частично обновлен в сентябре 2023