Бочкообразная губка

Xestospongia sp.

Тип: губки

Класс: обыкновенные губки

Охранный статус: множество видов; статус не присвоен

Гигантские яркие губки — не важно, на экране компьютера или в природе, на тропических рифах, расположенных в самых отдаленных уголках нашей планеты, — выглядят очень театрально. Но ведущую роль на сцене им вряд ли кто-то согласился бы дать: пусть теоретически, мы знаем, что губки — животные, но в это все-таки очень сложно поверить, ведь у них нет глаз, рта, явных органов и они не способны двигаться. Так что на животных они совсем не похожи. При слове «губка» на ум приходят мысли о ванной или ассоциации с мультипликационным героем по имени Губка Боб Квадратные Штаны, но не чудесные или символические свойства, типичные для животных бестиария. В этой главе мы попытаемся изменить ваше представление о губках.

Существуют тысячи видов губок, так что выбрать какой-то один крайне сложно. Интересный экземпляр — корзинка Венеры (Euplectella aspergillum). Волокна из аморфного кремнезема в ее тонком трубчатом теле образуют упорядоченные изящные кружевные узоры. В викторианскую эпоху эти губки поражали воображение коллекционеров, и лучшие образцы стоили огромных денег. Таинственности этой губке добавляли рассказы о том, что самка и самец креветки, поселившиеся в молодой губке, оказываются в ловушке, когда она вырастает и верхнее отверстие смыкается; запертые внутри, они проводят всю жизнь в этой прозрачной филигранной клетке. Японцы верят, что эта история символизирует вечную любовь и верность. Но я все-таки выбрал для этой книги совсем другие, прямо противоположные им виды. Это нетвердые рыхлые гиганты, известные как бочкообразные губки, иссиня-лилового, красного, бордового, серого, коричневого цвета, достигающие порой таких размеров, что внутрь них спокойно забираются дайверы. (Кстати, делать этого не стоит, потому что так вы вредите губке.) Эти странного вида животные — настоящие произведения инженерного искусства, к тому же ставшие своего рода залогом появления всех многоклеточных животных, в том числе человека.

Томас Браун, живший в XVII в. медик, считал, что туловище животного обязательно должно иметь верх, низ, переднюю и заднюю части. Поэтому он сомневался в существовании таких животных, как, например, амфисбена — мифологическая змея с двумя головами, по одной на каждом конце. Вывод Брауна основывался на имевшихся в его распоряжении фактических сведениях: строение всех обитающих на суше видимых невооруженным глазом животных и практически всех рыб симметрично. В современной классификации таких животных принято называть «двусторонне-симметричными», или «билатеральными» (Bilaterata). Вместе с кишечнополостными (Radiata) они образуют подцарство эуметазои, или настоящие многоклеточные. «Асимметричные» существа относятся к царству животных в какой-то степени условно. Их квалифицируют либо как мезозои (к этому таксону животных относят по остаточному принципу, в него входят как минимум две самостоятельные группы, одна из которых, дициемиды (Rhombozoa), представители которых обитают исключительно в почках осьминогов и кальмаров), либо как паразои — то есть «околоживотные» — такие как губки и пластинчатые.

Если что-то в природе несимметрично, чутье подсказывает нам, что это, скорее всего, гриб или растение (листья и цветы имеют практически идеально симметричную форму, но общая форма растения редко бывает симметричной). Напротив, если асимметрично какое-то животное, нам кажется, что оно должно быть слабым или страдать от какой-то патологии. Это общее правило применимо и к большинству морских животных: они имеют либо двусторонне-симметричную форму (рыбы, киты), либо радиальную (медузы). Но губки упорно не подчиняются этому правилу: они асимметричны. Наверняка это одна из причин, почему они кажутся нам «примитивными» и нам так сложно поверить в то, что это настоящие животные.

Считается, что Джозеф Меррик, человек-слон, страдал от синдрома Протея — редкого заболевания, вызывающего атипичный ускоренный рост кожи, костей и других тканей, что делает несчастного непохожим на человека. Фотография выше сделана в 1889 г. в целях объективного медицинского исследования. Но на нее сложно смотреть без ужаса и одновременно болезненного любопытства — то же самое, вероятно, испытывали зрители «шоу уродов», в котором выступал в течение некоторого времени Джозеф. Но присмотритесь внимательнее, и вам откроется кое-что важное и трогательное. Левый глаз Джозефа на небольшом «нормальном» участке лица между виском и щекой (естественно, это правая сторона фотографии) смотрит на нас. Его взгляд спокоен и наблюдателен: перед нами человек, полный достоинства, несмотря на физическое уродство.

Иногда, когда что-то в окружающей природе кажется мне слишком необычным, я вспоминаю эту фотографию. Она напоминает мне, что, если мы будем чуть внимательнее, мы сможем разглядеть что-то поразительное и даже красивое в существах, которые из-за предвзятого отношения кажутся уродливыми. Нет, я ни в коем случае не провожу параллели между здоровыми губками и людьми, не важно, страдают они какими-либо физическими недостатками или нет. Различия здесь слишком очевидны. Я просто пытаюсь сказать, что даже столь чуждое нам и, на первый взгляд, скучное существо, как губка, покажется удивительным, если узнать о нем побольше.

Все губки получают кислород и пищу (в основном бактерии) с током воды. Течением же уносятся отходы их жизнедеятельности. Лейконоидные губки (включая бочкообразные и трубчатые) превратили свой способ фильтрации пищи в настоящее искусство. Взрослая лейконоидная губка использует тот же принцип, что лежит в основе отвода дыма по трубе. Вода, как и воздух, движется медленнее около поверхности земли (или дна), чем на некотором расстоянии от нее (как выше, так и ниже, и губки часто растут на крутых рифах, свешиваясь вниз). Круглое отверстие на удаленном от дна краю губки (оскулюм, в переводе — маленький рот) устроено по принципу печной трубы. Можно с успехом наблюдать за «работой» губки, если добавить немного краски в медленно текущую у ее основания воду. Подкрашенная вода будет вытекать из отверстия наверху, как пар из трубы паровоза, гораздо быстрее, чем она затекала в губку. Кроме того, губки (как лейконоидные, так и другие) увеличивают эффективность «сжигания», пропуская воду через многочисленные микроскопические камеры, из которых состоят трубообразные губки. Камеры выстланы специальными клетками, хоаноцитами, оснащенными жгутиками, которые действуют как кнуты и обеспечивают движение воды, то есть приток пищи и отток отходов. Это позволяет хоаноцитам заглатывать взвешенные в воде бактерии (а затем передавать питательные вещества другим клеткам внутри организма).

Оборачивая себе на пользу столь тривиальную вещь, как разницу в скорости потоков воды, бочкообразные губки эксплуатируют тем самым энергию течения и приливов/отливов, которые, в свою очередь, объясняются гравитационной силой Луны и Солнца. У губок есть и еще один способ использовать энергию Солнца (аналогично тому, как используют ее кораллы и многочисленные другие животные): тело губок, растущих на мелководье, часто становится местом обитания светолюбивых водорослей. Своеобразная арендная плата — это необходимые губке кислород и метаболиты. Часто водоросли производят больше кислорода, чем губка потребляет, и таким образом симбиоз губки и водоросли оздоравливает экосистему, частью которой они являются. (Не все губки столь щедры: встречаются плотоядные виды и виды-паразиты.) Некоторые бочкообразные губки живут по две тысячи лет — так же долго, как секвойя, хотя они и не столь огромны. Другие виды имеют специальные прозрачные трубочки, по которым свет доставляется живущим в глубине их тел водорослям. Насколько известно, губки — единственные животные, способные на такое. Получается своего рода подводный «столп света» (состояние, которое учителя йоги обещают человеку, а уж никак не «низшему» животному). Губки используют энергию Луны, Солнца, а также растений. Когда-то очень давно, примерно 160 млн лет назад, когда Мировой океан значительно отличался от современного, эти уникальные способности губок позволяли им формировать рифы протяженностью от нынешней Испании до Румынии — длиннее, чем крупнейший в мире коралловый Большой Барьерный риф.

Но, наверное, самое интересное, это то, что губки могут рассказать нам о происхождении животных и человека. Начинается эта история с открытия, впервые документально зафиксированного в 1907 г. Оказалось, что при определенных условиях губка способна воссоздать новую полностью функциональную особь из мешанины клеток, даже если сначала пропустить губку сквозь сито с ячейками не больше одной клетки. Потом стало понятно, как велико сходство между хоаноцитами (клетками, играющими ключевую роль в жизнедеятельности губки) и одноклеточными животными хоанофлагеллятами.

Хоанофлагелляты — это планктон, микроскопические простейшие, которые питаются еще более микроскопическими бактериями. В ведре воды, набранном у берега моря, окажутся сотни или даже тысячи хоанофлагеллят. Они вполне способны выживать поодиночке, но зачастую формируют целые колонии: клеткам выгодно такое совместное существование, несмотря на то, что все они одинаковы. Это отнюдь не уникальная черта: образование колоний свойственно многим бактериям и одноклеточным. Уникально для хоанофлагеллят другое: гены, благодаря которым они производят белки, скрепляющие клетки, очень похожи на аналогичные по функции гены всех многоклеточных животных. Гены сходны настолько, что практически исключают какие-либо сомнения в нашем происхождении от этих одноклеточных.

Грубо говоря, губки отличаются от хоанофлагеллят только тем, что помимо хоаноцитов на «рабочих» концах губки (там, где губка питается или избавляется от отходов) имеется ряд других клеток, их менее десяти разновидностей. Эти клетки выполняют специфические задачи: в частности, отвечают за образование и сохранение структуры с коллагеновым или кремнеземным скелетом, за подавление патогенов и производство новых клеток. Первые многоклеточные животные имели всего несколько типов специализированных клеток, которые легко развивались из одного базового типа. Эти животные были очень похожи на губок, только меньше и проще, чем, например, современные гиганты — бочкообразные губки, адаптировавшиеся к современным условиям. Так что получается, что губка вполне наглядно демонстрирует процесс эволюции первых многоклеточных из одноклеточных. Эуметазои, более сложные по сравнению с губками животные, развили внеклеточное пищеварение, эпителий, настоящую нервную систему, мезодерму, симметричное строение и специальный кишечник.

Взаимодействие между клетками многоклеточного организма — одно из самых поразительных явлений в природе. В теле человека насчитывается несколько десятков триллионов клеток примерно 200 разных типов (и еще примерно в десять раз больше микроорганизмов), которые по большей части годами безупречно взаимодействуют друг с другом. Но пусть этот феномен и кажется нам удивительным и достойным восхищения, не стоит игнорировать и мир одноклеточных организмов, в котором хоанофлагелляты при всей своей многочисленности составляют лишь небольшую часть. Простейшие (Protozoa, от греч. «первые животные») в огромных количествах обитают в том числе и в теле всех животных, перечисленных в этом бестиарии. В этих организмах столько удивительного, что для их описания вряд ли хватило бы целой книги. На первый взгляд может показаться, что простейшие еще скучнее и непритязательнее, чем губки, и уж никак не заслуживают собственного фан-клуба. Лучше всего известны простейшие, вызывающие болезни: например, амебную дизентерию, лейшманиоз или малярию. Но большинство простейших безвредны, а многие даже играют важную роль в функционировании планетарных экосистем. Другим свойственны свои чудесные особенности. Например, слизевик (Physarum polycephalum), у которого и нейронов-то нет, обладает памятью. Ночесветка (Noctiluca scintillans), микроскопический морской жгутиконосец, светится в темноте благодаря тысячам округлых биолюминесцентных органелл, которыми заполнена его цитоплазма; миллионные скопления ночесветок могут освещать ночами всю поверхность моря. Фораминиферы тщательно выбирают цвет и форму песчинок, которые они прикрепляют к своим раковинам. У инфузории Tetrahymena thermophilia не два, а целых семь полов. Каждый пол способен скрещиваться с любым другим, кроме своего собственного: получается, что у тетрахимены 21 сексуальная ориентация. (Подробнее об одноклеточных морских организмах в главе 19 «Крылоногие моллюски».)

Тысячи лет назад люди научились нырять в синие глубины вод за кораллами, жемчужинами и губками. Сегодня мы можем «погружаться» не только в пространство, но и вглубь времен. Отслеживая в ретроспективе происхождение губок, мы можем лучше уяснить масштабность настоящего времени. Но как далеко в прошлое нам необходимо отправиться?

Мысль о том, что наш мир уже очень стар, укоренилась в сознании западной цивилизации после публикации в 1795 г. книги Джеймса Хаттона (Геттона) «Теория Земли» (Theory of the Earth). Хаттону удалось доказать, что диастрофизм — процесс сжатия и сдвигов земной коры, в ходе которого формируются континенты, горы и океаны, — начался когда-то очень давно в прошлом. Он не мог сказать определенно, насколько давно, только отметил в известном своем высказывании, что «мы не находим ни следов начала, ни признаков конца», но он точно знал, что это было гораздо больше, чем несколько тысяч лет, как тогда полагало большинство европейцев.

Открытие «глубокого времени», как мы сейчас называем этот феномен, позволило, в свою очередь, и Дарвину прийти к важной идее, опубликованной через 66 лет после хаттоновской «Теории»: с течением времени всего из одной или нескольких форм жизни может развиться бесконечное множество форм. Но геологическая летопись содержала и неразрешимую, казалось, загадку, которая стала известна как «дилемма Дарвина». Ее суть в следующем: самые древние ископаемые (принадлежащие периоду, который сегодня носит название кембрий) уже предлагают многообразие форм и зачастую имеют очень сложную анатомию. Неужели подобные формы жизни могли возникнуть из ничего?

Идеи об истории Земли Хаттона и дилемма Дарвина вызывают большой интерес. В последние два десятилетия XX в. ученые научились делить историю Земли на периоды столь же уверенно, как португальские и испанские короли когда-то делили мир за пределами Европы, — правда, делают они это более обоснованно и точно. Все имевшиеся в распоряжении Дарвина и его современников ископаемые принадлежат фанерозойскому эону — эпохе «явной» жизни, начавшейся немного позже 543 млн лет назад. Фанерозою предшествовал протерозойский эон, продолжавшийся почти в четыре раза дольше, — период «более древней жизни». Именно следы жизни, обнаружение которых стало возможно благодаря появившимся в XX в. технологиям, помогли разрешить сомнения Дарвина. Период до протерозоя, архей, начался около 3,8 млрд лет назад, когда из жидкой лавы была сформирована континентальная кора. А период до архея называется катархей — первый геологический эон после образования Земли (нынешнего размера), причиной которого, возможно, послужило столкновение с Тейей, планетой размером с Марс, более 4,5 млрд лет назад. Тейя врезалась в Землю, в результате от нее откололся «кусок», сформировавший Луну, а скорость вращения самой Земли значительно увеличилась.

В самом общем виде стадии возникновения жизни на Земле в докембрийский период выглядят так. Первые эукариоты, вероятно, появились более 2,7 млрд лет назад. Можно предположить, что они начали образовывать колонии где-то между 2,1 млрд и 1,9 млрд лет назад. В течение следующего миллиарда лет или около того (его иногда называют «скучный миллиард») глубинные воды океана были наполнены отходами жизнедеятельности бактерий, серой, так что сфера обитания эукариотов ограничивалась тонким слоем воды на поверхности. Но даже там жизнь была далеко не простой из-за пониженного содержания кислорода, нехватки пищи и периодических выбросов токсичной воды из глубин океана, что приводило к массовому уничтожению эукариотов. С течением времени, однако, условия стали несколько более благоприятными, что привело к возникновению простых губкообразных многоклеточных организмов. Эти многоклеточные отличались от колоний наличием различных типов специализированных клеток в пределах одного организма. Есть несколько мнений по поводу того, когда именно это произошло, но некоторые свидетельства указывают на период около 900 млн лет назад. Вполне вероятно, что возникновение многоклеточных организмов происходило несколько раз — каждый раз независимо друг от друга; так появились растения, животные, грибы и хромисты.

Даже если принять идею глубокого времени, понять ее все равно трудно, так как наше сознание не привыкло оперировать такими масштабами. Обычно пытаются это сделать с помощью аналогий. Например, если представить, что история Земли — это один 24-часовой день, то анатомически современный человек появился секунды за три до полуночи, а первое известное нам письменное литературное произведение — Эпос о Гильгамеше — менее десятой доли секунды назад. А если представить историю Земли равной старому английскому ярду (как известно, составлявшему расстояние от носа короля до кончика среднего пальца его вытянутой руки), то одно движение пилки для ногтей по ногтю среднего пальца сотрет всю историю человечества. Или еще: история человечества по отношению к истории развития жизни на Земле составляет такую же пропорцию, что объем воды, вытесненной самой маленькой из морских птиц, плавающей на поверхности самой глубокой части океана, по отношению к толще воды под ней.

Такие аналогии, возможно, помогают составить представление о геологическом времени. Но позволяют ли они почувствовать его? Честно говоря, не думаю. Мне кажется, представить себе всю эту древность лучше поможет прогулка среди скал, скажем, где-нибудь на северо-западной окраине Шотландии, где остатки скал архейского времени формируют магический пейзаж. На остатках древних скалистых образований возвышаются более современные горы — как символ краткости эпохи существования человека.

Ученые предлагают огромное количество самых разных определений жизни. Биологи обычно определяют живые организмы через их проявления, такие как метаболизм, рост, реакция на раздражители, размножение и эволюция. Из них основной и наиболее древний процесс — метаболизм (то есть способность использовать энергию из окружающей среды для собственных нужд). И с этой точки зрения бактерии и другие группы (домены) микроорганизмов, называемых археями (вместе образующие царство прокариотов), — настоящие дрессированные блохи в цирке жизни. А вот все «более высокие» формы жизни: животные, растения, грибы и хромисты (все они эукариоты) — так же прозаичны, как… губки. Прокариоты не только открыли метаболические пути, которыми затем воспользовались мы, эукариоты (дыхание, фотосинтез и ферментация), и еще по крайней мере один, который нам недоступен (хемосинтез), но и использовали эти реакции для создания потрясающего разнообразия биохимических вариаций, тягаться с которыми мы не можем. Микробы являлись основной формой жизни в течение протерозоя. Есть основания считать, что они и сейчас определяют направления развития жизни. По словам микробиолога Джона Ингрэма, микробы — «наши изобретатели, предки и хранители». (Они еще и наши могильщики: смерть означает не конец существования, а просто изменение формы метаболизма.) В этой общей картине — циклах жизни на Земле — микробы оказываются началом и концом всего. Можно также привести высказывание палеонтолога Эндрю Нолла: «Эукариоты — это глазурь, а прокариоты — сам торт».

Неужели это правда (если перенести метафору из кондитерской в пивоварню), что если жизнь на Земле представляет собой огромную бочку микроорганизмов, то эукариоты — всего лишь пена на ее поверхности? Неужели мы только пена, возомнившая о себе невесть что?

Говорят, однажды у Альберта Эйнштейна спросили, можно ли Девятую симфонию Бетховена выразить в математических знаках. «Конечно! — ответил Эйнштейн. — Но зачем?» Вероятно, прокариотов можно рассматривать как музыкальное вступление, после которого — как новые ритмы, тональности, мелодии и гармонии после начальных звуков симфонии — возникают эукариоты. Но отголоски музыки микроорганизмов продолжают звучать параллельно с симфонией «высших форм жизни».

Обыкновенные губки, к которым принадлежат и бочкообразные губки, являются древнейшими из современных многоклеточных животных. Их следы обнаружены еще в криогении (или «Земля-снежок», как его еще называют), одном из периодов позднего протерозоя. Те ранние губки сыграли вступительные аккорды к той партитуре жизни, которую мы слышим сегодня. Можно предположить, что все остальные многоклеточные животные произошли от одного из ранних «отщепенцев», тех, что в древнейшие времена разошлись с линией губок. Так что в следующий раз, когда вам на глаза попадется губка, вспомните, что ваши прямые предки были больше похожи на нее, чем на вас. Подумайте о том, что это несказанно удивительное существо и что оно впервые использовало механизмы, от которых зависит наша с вами жизнь, — это мы, как губки, впитали то, что придумали эти необычные животные.