Wybrane fragmenty pochodzą z książki Ziemia i życie autorstwa Marcina Ryszkiewicza Najbardziej niezwykłe ekosystemy świata Głębie oceaniczne Spośród wszystkich ekosystemów spotykanych na Ziemi najbardziej osobliwe występują na dnie głębin oceanicznych. Spróbujmy więc przyjrzeć się tym pogrążonym w wiecznym mroku, zimnym i na pozór zupełnie jałowym miejscom. Wynikiem tej wędrówki nie będzie jednak błądzenie po oceanicznej pustyni, staniemy bowiem oko w oko z niebywałym wprost bogactwem życia, którego istnienia nie tylko nie przeczuwaliśmy, ale nawet nie myśleliśmy, że jest możliwe. Dna oceanów, leżące średnio na głębokości 3–5 km, wydają się miejscem zupełnie nieodpowiednim do życia. Panuje tam nieprzenikniona ciemność, gigantyczne ciśnienie (około 500 atmosfer na głębokości 5 km, czyli 500 razy więcej niż na poziomie lądów!), bardzo niska temperatura (nieco powyżej 0°C, i to niezależnie od tego, czy „na górze” jest lato czy zima) i niemal zupełnie brakuje substancji odżywczych. Wszystkie te czynniki wydają się w równym stopniu wykluczać możliwość istnienia życia, ale jest to złudzenie. W istocie tylko czynnik braku pożywienia może być naprawdę decydujący. Zrzućmy z góry odpowiednio dużo życiodajnej „manny”, a głębie oceaniczne ożywią się natychmiast pomimo ich ciśnienia, mroku i zimna. Ale – po kolei. Pozornie to brak światła powinien o wszystkim rozstrzygać. Całe życie na Ziemi zależy w ostatecznym rachunku od roślin zielonych, jedynych prawdziwych producentów materii organicznej, dostępnej potem jako pokarm dla kolejnych szczebli „piramidy troficznej”: od zwierząt zjadających rośliny (roślinożerców), zwierząt zjadających zwierzęta roślinożerne (drapieżników), zwierząt zjadających drapieżniki (drapieżników drugiego stopnia), po wszystkie istoty odżywiające się trupami innych istot (padlinożercy) lub rozkładające materię organiczną do jej prostych, mineralnych składników (reducenci, czyli roztocza – grzyby i bakterie). Prawie całe nieprawdopodobne bogactwo życia na Ziemi opiera się więc dziś na pracy roślin, a ściślej – na pracy ich zielonych organelli, chloroplastów, zdolnych do przetwarzania energii promieni słonecznych w energię wiązań chemicznych związków organicznych. Gdy nie ma roślin, wali się cała misternie zbudowana i pozornie tak trwała piramida życia. A roślin nie ma tam, gdzie nie ma światła, czyli również na dnie oceanu. Nie może więc dziwić, że życie jest tam skąpe. Dziwi raczej, że cokolwiek w ogóle może tam egzystować. rysunek 1 Ciasteczkowy potwór (i inne potwory) Teoretycznie nawet brak światła nie powinien jeszcze o wszystkim przesądzać. Na zupełnie jałowych terenach Ziemi – na lodowcach, pustyniach lub świeżo okrzepłej lawie wulkanicznej – żyją liczne zwierzęta, które żywią się „manną” przyniesioną wiatrami z dalszych okolic. Producentów bowiem nie trzeba zjadać na miejscu – wystarczy, jeśli wytworzona przez nie materia organiczna dotrze w takie miejsce na Ziemi, gdzie może zostać skonsumowana. Ujścia rzek są najżyźniejszymi obszarami świata nie dlatego, że tam najwięcej się produkuje, ale dlatego, że są tam znoszone resztki organiczne z całej zlewni rzeki. Z tego punktu widzenia dno oceanu powinno być bardzo obiecujące, gdyż od milionów lat spada na nie deszcz trupów z życiodajnej, rozświetlonej warstwy fotycznej oceanu. A tam produkuje się dużo i bez przerwy. Jest jednak inaczej. Deszcz cząstek spadający na dno „wyparowuje” po drodze, tak że ilość materii dosięgającej dna jest znikoma. Dlaczego? W warstwie fotycznej, organicznej fabryce oceanu, obieg materii jest niemal zamknięty: na wyprodukowaną przez fitoplankton (plankton roślinny) materię czekają w kolejce niezliczone rzesze klientów, nieustannie filtrujących wodę i odsączających z niej wszystko, co tylko nadaje się do zjedzenia. Na konsumentów pierwszego stopnia czekają już następni, którzy ich pożerają – i tak dalej, aż do ławic ryb i wielorybów ze szczytu piramidy troficznej, na których z kolei czekają już reducenci i klienci lądowi – ptaki i ludzie na przykład. Nie cała jednak materia może być w ten sposób przerobiona. Część z niej przeciśnie się przez nieszczelne oka sieci najrozmaitszych łowców i rozpocznie wędrówkę w dół – ku największym głębiom oceanu. Ale i ta materia zostaje zwykle po drodze schwytana – przez, prawda że już znacznie rzadszych, łowców głębinowych, wychwytujących spadający z góry deszcz i przerabiających go na swe własne ciała oraz odchody. W ten sposób każda cząstka materii – czy to trup, czy, częściej, niestrawione resztki – przechodzi wielokrotnie w swej powolnej wędrówce w dół przez narządy pokarmowe kolejnych konsumentów, tracąc po drodze większość swej „pożywności”. To, co spada na dno, jest więc już niemal zupełnie jałowe, a i tak zwykle nie osiąga kresu wędrówki: tuż nad dnem czekają jeszcze rzesze tajemniczych istot, nazwanych ostatnio „ciasteczkowymi potworami” (ang. cookie monsters), które sprawiają, że większość organicznego węgla nie dociera nigdy do celu. I dlatego im głębiej, tym życie powinno być uboższe – w sensie liczby gatunków i biomasy zamieszkujących tam organizmów. Wiele obserwacji potwierdza to przypuszczenie. Przeprowadzone na otwartym Pacyfiku badania pozwoliły ustalić biomasę fauny żyjącej na dnie na 0,1–0,01 g/m2. Tylko pustynie piaszczyste mogą wykazać się równie niskim „zaludnieniem”. Nam, mieszkańcom umiarkowanych stref klimatycznych, trudno sobie nawet wyobrazić tak skrajne ubóstwo życia: kiedy na dnie Pacyfiku, na głębokości 4873 m, zainstalowano kamerę robiącą automatycznie zdjęcia przez 202 dni, jej obiektyw zarejestrował w tym czasie 35 zwierząt. Średnio więc jedno zwierzę pojawiało się w jej kadrze raz na 6 dni! Ale i tym razem, jak w tylu innych przypadkach, przyroda przygotowała nam niespodziankę. A nawet dwie i obie najwyższej próby. Podwodna pustynia i podwodne muzeum Pojęcie pustyni na dnie oceanu do niedawna wydawało się oczywiste. Jeszcze niewiele ponad 100 lat temu uważano nawet, że głębie oceanu pozbawione są życia zupełnie. Do końca XVIII wieku znano tylko przybrzeżne, pełne życia partie oceanu. Pierwsi hydrografowie pod koniec tego stulecia zaczęli opuszczać swe sondy na głębokość kilku dziesiątków metrów i wtedy po raz pierwszy zrodziło się ważne pytanie naukowe o granice ziemskiej biosfery. Na początku XIX wieku angielski geolog Edward Forbes prowadził badania na wodach wokół Anglii i na Morzu Egejskim. Stwierdził, że obfitość życia zależy wprost od głębokości: im większa głębia, tym mniej żywych organizmów. Forbes zaobserwował, że już na głębokości około 400 m, dokąd nie sięga nawet najsłabsze promieniowanie, życie zanika prawie zupełnie. Ekstrapolując swe obserwacje wyliczył, że głębokość 550 m stanowi ostateczną granicę życia – niżej panuje już całkowita martwota. Forbes się mylił. Choć jego obserwacje zmniejszania się „gęstości życia” z głębokością były słuszne, to przyjęta przez niego zasada ekstrapolacji wyników zawiodła zupełnie, gdyż opierała się na przekonaniu, że świat jest w miarę jednorodny i w miarę przewidywalny, podczas gdy jest, jak się zdaje, właśnie odwrotnie. Rok 1859, rok publikacji O powstawaniu gatunków Karola Darwina, przyniósł decydujący cios biologicznym generalizacjom Forbesa: z głębokości 1800 metrów wyciągnięto na powierzchnię ułożony dwa lata wcześniej w poprzek Morza Śródziemnego jeden z pierwszych kabli telegraficznych łączący Sardynię z Algierem. Ku wielkiemu zdziwieniu stwierdzono, że kabel obrośnięty był różnymi naskorupiającymi zwierzętami, zwłaszcza mięczakami i koralami. Musiały tam, na tej niebywałej głębokości, znaleźć odpowiednie dla siebie warunki, a to nie mieściło się raczej w ówczesnych pojęciach na temat granic przeżywalności organizmów. Kilka lat później doszło do następnej sensacji: w jednym z fiordów norweskich, z głębokości około 600 metrów (a więc też poniżej Forbesowskiej „granicy życia”), wydobyto przyrośniętego do podłoża łodyżkowego liliowca – zwierzę, które żyło na świecie w dawnych epokach geologicznych i które uważano od dawna za wymarłe. Takie „żywe skamieniałości” z głębin oceanu zaczęto wkrótce potem znajdywać i w innych miejscach na kuli ziemskiej, a i ich biologiczny repertuar znacznie się rozszerzył. Rychło zrodziło się kolejne wielkie i działające na wyobraźnię uogólnienie – uznano, że w historii Ziemi głębie oceanu służyły za swego rodzaju przechowalnię dla prymitywnych i tracących rację bytu na płyciznach faun; idea strefy abysalnej (głębokomorskiej) jako muzeum przegranych gatunków na długo zawładnęła umysłami przyrodników. Gdy w drugiej połowie XIX wieku statek badawczy Challenger wyruszał na podbój oceanów świata, wielu biorących udział w wyprawie naturalistów wierzyło, że z głębokiej toni wodnej uda się wyłowić żywych przedstawicieli dawno „wymarłych” zwierząt – amonitów i belemnitów na przykład.1 Na przełomie wieków ekspedycje organizowane przez księcia Monako Alberta I odkryły na głębokości ponad kilometra ogromne kaszaloty i stwierdziły, że żywią się one gigantycznymi kalmarami, z którymi staczać muszą prawdziwe boje. Była to zupełna sensacja, która dała asumpt do opowieści o przerażających potworach żyjących w wielkich głębinach morskich. A w roku 1910 ustanowiono nowy, przez całe dziesięciolecia przez nikogo nie pobity rekord – z głębokości 6 km wyłowiono rybę, jakiej nigdy przedtem świat nie widział (ryby głębinowe stanowią zupełną osobliwość biologiczną i prowadzą tryb życia niepodobny do niczego, co znamy z bardziej dostępnych obszarów wszechoceanu). W lipcu 1951 przyszła ostateczna, jak się zdawało, odpowiedź na osiemnastowieczne pytanie o granice biosfery. Duński statek badawczy Galathea wyłowił żywe organizmy (strzykwy i ukwiały) z największych głębi, jakie są na Ziemi – ze schodzącego na ponad 10 km głębokości Rowu Mariańskiego na zachodnim Pacyfiku (panuje tam ciśnienie 1100 atmosfer, czyli ponad tonę na każdy cm2 ciała zwierzęcia). Ale jakkolwiek fantastycznie brzmiały te doniesienia o obecności życia na największych głębiach oceanu, nie one stanowić miały największą sensację badań oceanograficznych. Znalezienie życia na głębokościach ponad 10 km poszerzało wprawdzie w sposób nieoczekiwany granice ziemskiej biosfery, nie przeczyło jednak przecież Forbesowskiemu przekonaniu, że „gęstość” życia maleje wraz z głębokością – wydawało się, że bezdenne głębie oceanu to istotnie niemal zupełna pustynia z bardzo rzadkimi przejawami życia. Tymczasem okazać się miało, że pustynia ta zawiera tysiące gatunków drobnych zwierząt, że stanowi w rzeczywistości cały nie znany dotąd świat, niczym zatopiony kontynent, zamieszkany przez nieznane formy życia. I że na tej pustyni – podobnie jak na Saharze – istnieją prawdziwe oazy, kipiące życiem, bogate i żyzne. Forbes mylił się więc zupełnie, nie zaś tylko trochę. Ponieważ tematem tego rozdziału są owe podwodne oazy – najbardziej niezwykłe ekosystemy świata – a nie cała podmorska Atlantyda, o której wiadomo zresztą jeszcze zbyt mało, by ją tu bliżej omawiać, dlatego poświęcę jej tylko kilka zdań. Badania głębi oceanicznej nie są łatwe – to oczywiste. Można, po pokonaniu wielu problemów, sfilmować wybrany fragment powierzchni dna, można specjalnym wysięgnikiem pobierać osad, zaburzając przy okazji jego strukturę. W obu przypadkach werdykt jest taki sam – pustynia. Ale można też, stosując nową technikę, wprowadzoną pod koniec lat sześćdziesiątych, zdejmować nienaruszone plasterki najwyższego osadu i badać je na zawartość mikroskopijnych organizmów żyjących w przestrzeniach między ziarnami piasku. I to właśnie te badania przyniosły sensację. Znaleziono tam całe roje lilipucich zwierząt należących do skorupiaków, wrotków, wieloszczetów i mięczaków, ale tak osobliwych, że nie dających się przypisać do żadnego ze znanych gatunków czy rodzajów. W co najmniej dwóch przypadkach jedynym możliwym przypisaniem było „królestwo zwierząt”, żadna mniej ogólna klasyfikacja nie pasowała do badanych stworzeń. Osobliwość i nietypowość abysalnej fauny jest tak wielka, że praktycznie każdy z żyjących tam gatunków jest nowy i nieznany. W dodatku jest ich tam dużo, zapewne – bardzo dużo. J. Frederick Grassle, który przejrzał próbki i opublikowane dotychczas dane (do roku 1991), zasugerował ostatnio, że chodzić tu może o dziesiątki milionów nowych gatunków! Zważywszy, że podawana do niedawna liczba wszystkich zamieszkujących Ziemię gatunków wynosić miała niewiele ponad milion, łatwo zrozumieć, co to oznacza dla obrazu życia na Ziemi, jaki dotąd sobie stworzyliśmy. I jak bardzo nietypowe są te „pustynne” głębie oceanu. Dużo gatunków nie oznacza koniecznie dużej biomasy. Te mikroskopijne zwierzątka, żyjące w cienkiej warstewce powierzchniowej osadu dna, z pewnością niewiele ważą, choć jest ich tak wiele. Z tego przynajmniej punktu widzenia pojęcie pustyni może dałoby się utrzymać. Ale wkrótce przyszły nowe doniesienia, mówiące nie tylko o dużej różnorodności gatunkowej, ale i o gigantycznej wręcz biomasie podmorskich zwierząt. Tyle, że na ograniczonych tym razem obszarach. przypis 1 Był to skądiąd powrót, nie jedyny w tym czasie, do dawnych poglądów J.–B. Lamarcka. Ten zyjący na przełomie XVIII i XIX wieku „ojciec” ewolucjonizmu francuskiego w ogóle nie wierzył w możliwość wymierania gatunków, lecz tylko w ich ewolucję. Lamarck sądził, że „wymarłe” gatunki żyć muszą gdzieś na dnie oceanu, dokąd schroniły się przed zwycięskimi formami płycizn. Znaleziona w 1802 roku u wybrzeży Australii Trigonia, żywy małż znany wcześniej tylko ze skał mezozoicznych, traktowana była jako potwierdzenie jego poglądów. Pęknięte dno W roku 1977 rozpoczęto badanie tzw. dolin ryftowych na dnie oceanów. Była to nowa i nie znana wcześniejszym pokoleniom badaczy struktura geologiczna, stanowiąca rodzaj gigantycznego pęknięcia, która opasuje całą kulę ziemską na obszarach abysalnych. Doliny ryftowe są miejscem niezwykłym – są to bowiem „otwarte rany” Ziemi, gdzie rozgrzane do czerwoności, stopione skały płaszcza naszej planety wypływają na powierzchnię, szybko krzepnąc i tworząc kuliste ciała, zwane lawami poduszkowymi. To tu powstaje stale, od setek milionów lat, nowa skorupa bazaltowa, wyścielająca dna oceanów, i stąd bierze się również zjawisko ekspansji oceanów, dzięki czemu i kontynenty mogą „dryfować” po powierzchni Ziemi. Cała właściwie tektonika ziemskiego globu zależy, w ostatecznym rachunku, od tego, co dzieje się na podwodnych ryftach. Kiedy w roku 1977 amerykański batyskaf Alvin rozpoczął bezpośrednie badania szczelin ryftowych, oczekiwano raczej geofizycznych aniżeli biologicznych sensacji. Są to bowiem, na pozór, miejsca jeszcze mniej nadające się do życia niż te, o których dotąd mówiliśmy. Wylewom gorącej lawy towarzyszą tu wycieki przegrzanej do ponad 350°C wody hydrotermalnej, przesyconej siarczkami metali, metanem i amoniakiem. Jest to więc prawdziwie piekielny zestaw czynników – ogromne ciśnienie, „trujący” skład wody i temperatury, w jakich żaden znany organizm nie może egzystować. Tym większe było zdumienie, kiedy wiosną 1977 roku kamery Alvina zarejestrowały na jednym z dymiących kominów ryftu Galapagos, na wschodnim Pacyfiku, niebywałą obfitość żywych organizmów, jakiej spodziewać się można tylko w najbogatszych ziemskich ekosystemach. A wszystko to miało miejsce na obszarze, gdzie ocean „na górze” był wyjątkowo mało produktywny – deszcz trupów opadający z warstwy fotycznej był niezwykle ubogi i skąpy. Oazy pustyń oceanicznych Ekosystemy oaz ryftowych rozmieszczone są zwykle koncentrycznie wokół fontanny, z której tryska przegrzana i silnie zmineralizowana woda hydrotermalna o temperaturze wahającej się od kilku do 350°C (istnienie wody o tak wysokiej temperaturze możliwe jest tylko dzięki ogromnemu ciśnieniu). Najbardziej rzucającym się w oczy rysem tych oaz są gęste „zarośla” złożone z długich białych rurek, blisko stłoczonych i otaczających miejsce wytrysku cieczy. Rurki te stanowią schronienie osobliwych „robaków” (ich czerwone ciała wystają przez otwór górny) należących do rzadkiego typu zwierząt Pogonophora (rurkoczułkowców), które też odkryto zresztą przed niewielu laty. Biomasa tych robaków osiąga wartości nie spotykane na tych głębokościach. Oceny dokonane na ryfcie Galapagos i dotyczące jednego tylko gatunku robaka (Riftia) dają wartości rzędu 10–15 kg/m2 – a więc do 100 tysięcy razy (!) więcej niż na rozciągającym się w najbliższym sąsiedztwie dnie oceanu. Oazy ryftowe pozbawione są zupełnie roślin, co na tych głębokościach jest zrozumiałe, a dostawę „z góry” można całkiem pominąć. Co więcej, same robaki ryftowe nie mają w ogóle przewodu pokarmowego, otworu gębowego i odbytu. Rodzi to nie tylko pytanie: czym, z braku roślin, mogą się one odżywiać, ale także: jak proces odżywiania może w ogóle się u nich odbywać? Tym bardziej, że większość występującej tam fauny (w tym tak wysoko zorganizowanej jak na przykład małże) ma przewody pokarmowe albo skrajnie zredukowane, albo nie ma ich wcale. Odpowiedź na to pytanie przynosi – choć pośrednio – analiza składu wody hydrotermalnej. Otóż obok siarkowodoru, metanu czy jonów metalicznych zawiera ona również duże ilości różnych bakterii chemosyntetyzujących, produkujących materię organiczną wprost z dwutlenku węgla i siarkowodoru (a więc SO2 zamiast H2O jak u roślin) i korzystających z energii chemicznej wyzwalanej przy utlenianiu związków siarczkowych (zamiast z energii promieni słonecznych). Bakterie te są więc producentami, czyli autotrofami – odpowiednikiem roślin na lądach lub planktonu roślinnego w warstwie fotycznej oceanu. Wszystkie wyższe szczeble piramidy troficznej oaz mogłyby więc zależeć od tej bakteryjnej podstawy pokarmowej. Wystarczyłoby, aby konsumenci pierwszego stopnia (na przykład robaki ryftowe) pożerali tak produkowaną żywność i przerabiali ją na swe własne ciała. Kłopot w tym, że robaki ryftowe nie mogą ani kogokolwiek, ani czegokolwiek pożerać – z braku gęby i układy pokarmowego właśnie. Z drugiej strony wyliczenia wykazują , że zawartość bakterii w wodzie jest o cały rząd wielkości za niska, by tak bogaty zespół wyżywić, gdyby nawet wszystkie bakterie mogły trafić w jakiś sposób do wnętrza ciała robaków. Gdzie leży więc błąd w rozumowaniu? Rozwiązanie okazało się proste, choć nieoczekiwane. Robaki ryftowe nie muszą bakterii pożerać ani w żaden sposób ich pochłaniać, hodują je bowiem w swych organizmach, dostarczając im wszystkiego, co im do życia potrzeba. W zamian korzystają z produktów ich przemiany materii. Żyją z nimi więc w pełnej symbiozie lub może nawet więcej – traktują je niemal jak organelle swego ciała, coś w rodzaju ciałek zieleni u roślin (też w końcu będących potomkami dawnych bakterii symbiotycznych). Robaki ryftowe są więc zwierzętami na swój sposób autotroficznymi – nie pobierają pożywienia z zewnątrz, lecz produkują je wewnątrz swych ciał, korzystając z pomocy bakterii.2 Samo pojęcie „zwierzę” w odniesieniu do nich traci swój sens. A jeśli weźmiemy jeszcze pod uwagę, że żyją one przyrośnięte do dna tworząc prawdziwe, falujące zarośla i nie mają żadnych widomych narządów zmysłów, ich podobieństwo do roślin staje się doprawdy zdumiewające. Ale i to nie wszystko. Zarośla robaków ryftowych są bowiem „spasane” przez inne zwierzęta, w tym kraby i ryby. Obgryzają one wystające z rurek „czułki” (gałązki skrzelowe), nie zabijając przy tym samych robaków, gdyż ich skrzela odrastają po tej operacji. Z braku prawdziwych roślin w oazach podwodnych robaki ryftowe przejęły na siebie niemal wszystkie ich funkcje – i to wydaje się w tym najbardziej niezwykłe. Odkrywanie tajemnic oaz ryftowych dopiero się rozpoczęło. Już wiemy, na czym opiera się ta wyjątkowa na Ziemi piramida troficzna, znamy też częściowo kolejne jej szczeble, do najwyższych drapieżników włącznie (głównie ryby, kraby i ośmiornice). Znamy też różne osobliwości niższych szczebli piramidy – na przykład odkryte niedawno ryby, które spędzają życie bezpośrednio nad wypływem wód hydrotermalnych, w pozycji pionowej, z głową skierowaną do dołu. Sądzi się, że łowią one wprost bakterie z gorącej zawiesiny, stosując znaną metodę „na skróty”, czyli pobierania pożywienia bezpośrednio u samej podstawy piramidy; podobnie robią wieloryby fiszbinowce, żerujące na planktonie oceanicznym. Tym, co uderza szczególnie przy badaniu ekosytemu oaz ryftowych, jest ich niemal doskonale zamknięty charakter. Stanowią one izolowany od wpływów zewnętrznych, nie powiązany z resztą ziemskich ekosystemów świat, korzystający z własnego „zasilania” i niezależny od wszystkiego, co dzieje się „na górze” (a także „z boku”). Ekologowie podkreślają chętnie współzależność całego życia na Ziemi pokazując, jak naruszenie jednego elementu wywołać może nieoczekiwane skutki w innych, często pozornie niezależnych systemach. Staje się z wolna dla wszystkich oczywiste, że nie można bezkarnie zmieniać żadnego elementu tej ekologicznej układanki, bo wpłynąć to może pośrednio na wszystkie lub wiele pozostałych elementów, a w konsekwencji i na całą „układankę” – a innej nie mamy. Otóż w przypadku, o którym mowa, może być inaczej. Wydaje się, że świat oaz ryftowych jest tak dokładnie odizolowany od innych ekosystemów, że jego istnienie, bądź nieistnienie, nie wpływa w znaczący sposób na to, co dzieje się gdzie indziej, na wet w najbliższych okolicach. Chyba że istnieją jakieś związki, o których jeszcze nic nie wiemy. przypis 2 Pogonofory, nie tylko w oazach ryftowych, są niecodziennym typem zwierząt pozbawionych zupełnie wewnętrznych narządów pokarmowych i trawiących swe ofiary „zewnętrznie”, w obrębie wieńca czułków (lofoforu), który przejmuje na siebie funkcję takiego pozaustrojowego „jelita”. U rifii ten proces zerwania z układem pokarmowym poszedł o krok dalej. Pączkowanie oaz Choć oazy nie są raczej związane z resztą „wszelkiego stworzenia”, interesujące jest, w jaki sposób mogą być powiązane między sobą. To jeden z ciekawszych problemów, jaki wyłonił się niemal od razu po ich odkryciu. Otóż, oazy te żyją krótko. Na jedną tętniącą życiem oazę lub jeden dymiący komin przypada 4 do 5 wymarłych, z nieczynnym ujściem kominowym i porozrzucanymi, zbielałymi muszlami żyjących tam kiedyś organizmów. Przeciętna oaza istnieje zapewne nie dłużej niż 40–60 lat, a obserwacje poczynione na jednej z nich w odstępie dwuletnim wykazały znaczne różnice w intensywności wypływu zawiesiny hydrotermalnej, a także w wielkości i składzie biomasy. Oazy są więc zupełnie efemeryczne – pojawiają się nagle, by równie nagle zaniknąć. W jaki sposób zatem są zasiedlane i jak same dają początek innym oazom? Problem ten rodzi z kolei dalsze, zupełnie już fantastyczne pytania, o których za chwilę. Problem „pączkowania” oaz to w istocie dwa odrębne zagadnienia. Pierwsze obejmuje zasiedlanie oaz przez bakterie, drugie – przez wyższe organizmy. Zacznijmy od drugiego zagadnienia, bo wydaje się prostsze. Ryfty są strukturą ciągłą, opasującą bez większych przerw całą kulę ziemską. Teoretycznie więc drogi migracji – wzdłuż korytarza głębokiej doliny – są jasno wyznaczone i nie powinny być trudne do pokonania. Problem w tym, że miejsca wycieku fluidów hydrotermalnych są izolowane, a między nimi rozciąga się obszar wód zimnych, jałowych i pozbawionych bakterii. W jaki sposób przyrośnięte robaki ryftowe miałyby przebyć te obszary? Większość morskich bezkręgowców przechodzi jednak w rozwoju osobniczym przez młodociane stadium swobodnie pływającej larwy, w dodatku przystosowanej zwykle do zupełnie innego niż formy dorosłe pożywienia. I to może być kluczem do rozwiązania zagadki. Te formy, które przechodzą przez stadia pływających larw, mogłyby kolonizować nowe oazy, wysyłając swe dzieci jako forpoczty. Tłumaczenie to wyjaśniałoby przy okazji trudną do pojęcia wszędobylskość niektórych organizmów ryftowych, znajdywanych niekiedy w odległości tysięcy kilometrów od siebie. Z bakteriami sprawa jest inna. Nie przechodzą one stadium larwalnego, zresztą trudno w ogóle mówić u nich o rozwoju osobniczym. Co więcej, jako związane bezpośrednio ze składem hydrotermy, nie mogą zapewne egzystować w normalnej wodzie oceanicznej. Skądinąd jednak wiadomo, że bakterie obecne są już w płynie tryskającym wprost ze szczeliny lub komina na ryfcie. Można więc zastanawiać się, czy nie żyją one i głębiej, pod dnem oceanu, w systemie – wypełnionych przegrzaną wodą – spękań strefy ryftowej. Spękania te biegną z pewnością głęboko w dół ryftów, tworząc rozgałęzioną sieć o niezliczonych, zmieniających się i krzyżujących połączeniach. Jest możliwe, że sieć ta łączy też pod powierzchnią dna poszczególne oazy, i myśl, iż może służyć jako korytarz dla kolonizacji nowo powstających wycieków, nie jest chyba zupełną fantazją. Choć, trzeba przyznać, brzmi nieprawdopodobnie. Podwójne życie oceanu Podwodne oazy budzą wielkie zainteresowanie badaczy z jeszcze innego powodu. Otóż wśród fauny tych dziwnych biocenoz stwierdzono zaskakująco dużo „żyjących skamieniałości”, niekiedy wyjątkowo archaicznych (do takich zaliczono zupełnie „mezozoicznego” w budowie wąsonoga z gatunku Neolepas zevinae, czy jeszcze „starszego”, bo zbliżonego do zwierząt paleozoicznych, małża z grupy przegrzebków). Dziś znamy już kilkadziesiąt takich archaicznych gatunków ryftowych, choć zbadaliśmy zaledwie ułamek wszystkich oaz na ryftach. Z pewnością setki, a może i tysiące takich gatunków czekają jeszcze na odkrycie. Oazy ryftowe mogą okazać się prawdziwym muzeum żyjących skamieniałości. Ale jest jeszcze jeden aspekt tej sprawy, zapewne znacznie bardziej zaskakujący: sam sposób funkcjonowania oaz okazać się może przeżytkiem z bardzo dalekiej przeszłości. Otóż poza makroorganizmami równie, a nawet bardziej archaiczne są występujące na ryftach bakterie. Jest to niez- wykle złożony zespół. Zarówno pod względem morfologii, jak i sposobu zdobywania energii wyróżnić można wiele bardzo odmiennych form bakterii. Tu jednak chciałbym zwrócić uwagę na jedną tylko grupę, tzw. bakterie termofilne, a więc żyjące w ciepłych i gorących wodach, w samym sercu dymiących kominów. Jak bardzo termofilne są to istoty, jest sprawą gorącego (oczywiście!) sporu i nie o to w tym momencie chodzi. W roku 1983 opisano żywe bakterie ryftowe z wód o temperaturze ponad 300°C i choć ich odkrywca spuścił później znacznie z tonu, to faktem pozostaje, że potrafią one na pewno egzystować w wodach o temperaturach przekraczających próg 100°C. Ważniejsze wydaje się jednak, że wszystkie one należą do przypuszczalnie najstarszej wśród bakterii grupy tzw. archebakterii. Archebakterie są grupą niezwykle ciekawą. Odkryte i zbadane przed niewielu laty,3 wydają się specjalistami od szczególnie „nieprzyjaznych” warunków: żyją tylko w miejscach gorących, zakwaszonych, słonych lub pozbawionych tlenu. Właściwie żadna z dotąd opisanych archebakterii nie została odkryta w warunkach „normalnych” – tak jakby normą dla nich było to, co dla innych jest nie do zniesienia.4 Archebakterie, jak mówiliśmy, są grupą bardzo starą. Co więcej, również warunki, w których gustują, wydają się bardzo „stare”: beztlenowa atmosfera, wysoka temperatura, wody hydrotermalne – wszystko to przywodzi na myśl środowisko najdawniejszych ziemskich oceanów. Czy może tak być, że archebakterie przetrwały do dziś tylko w tych miejscach na Ziemi, gdzie w ciągu 4 miliardów lat warunki nie zmieniły się lub też zmieniły się niewiele? I czy oazy ryftowe nie są takim właśnie niezwykłym wspomnieniem najwcześniejszych etapów ewolucji Ziemi i życia? Czy ocean, jak chciał Lamarck, żyje podwójnym życiem – jednym, współczesnym, na powierzchni, i drugim, archaicznym, w swej głębi? Czy samo życie przypadkiem nie powstało właśnie w strefach ryftów oceanicznych, kolonizując później cały ocean i lądy? Nie ma jeszcze dobrych odpowiedzi na te pytania, ale fakt, że można je było w ogóle postawić w związku z odkryciem oaz ryftowych, świadczy, jak bardzo niezwykłe było to odkrycie. Ochrona oaz ryftowych Żyjące swym własnym, osobliwym życiem, nie powiązane z resztą ziemskiego ekosystemu oazy ryftowe, wydają się bezpieczne w swym odosobnieniu. Być może, jak chcą niektórzy, były to jedyne miejsca na Ziemi, gdzie życie przetrwało w spokoju nawet największe kryzysy biosfery, łącznie z upadkiem planetoidy, który zakończyć miał rozwój mezozoicznego świata. Kto wie, może właśnie tej izolacji od zewnętrznego świata oazy zawdzięczać mogą swój archaizm. Ale dziś to bezpieczeństwo zaczyna być coraz bardziej złudne. Czy cokolwiek może zagrażać ekosystemom, których jeszcze parę lat temu w ogóle nie znano? Wbrew pozorom odpowiedź na to pytanie jest twierdząca. To prawda, że na razie zagrożenia nie są wielkie, ale będą się szybko zwiększały, a zważywszy na zupełną wyjątkowość oaz ryftowych i ich ogromny endemizm, lepiej jest zawczasu na zimne (sic!) dmuchać. Chodzi tu o plany eksploatacji samych oaz, które okazały się mieć dużą wartość gospodarczą. Otóż wody hydrotermalne wynoszą spod dna oceanu związki wielu cennych metali. Związki te wytrącają się w zimnym otoczeniu, pokrywając czarną skorupą spory obszar wokół komina. Skorupa ta zawiera miedź, cynk, ołów, srebro, złoto, i to w stężeniach przekraczających nieraz najlepsze złoża na lądach. Wiele prac wzbogacających wykonują przy tym za ludzi bakterie, przyczyniając się do wzrostu koncentracji siarki i metali. Jak na razie nie opracowano jeszcze technologii eksploatacji tych cennych naskorupień, nie udało się też rozwiązać problemów związanych z ewentualnym pompowaniem samego płynu hydrotermalnego wprost na powierzchnię (zmiana temperatury i ciśnienia powodowałaby zbyt szybkie wytrącanie minerałów, co prowadziłoby do zarastania rur). Ale wydobycie tych bogactw nęci wiele krajów i wstępne prace w tym kierunku już poczyniono. Jednym ze sposobów ochrony życia ryftowego mogłaby być eksploatacja tylko wymarłych oaz, znacznie przecież liczniejszych od żywych. Na razie trwają coraz intensywniejsze prace badawcze. Dno oceanów – w tym również oazy – staje się terenem wzmożonego zainteresowania i eksploracji, a niedługo – eksploatacji. Jest pocieszające, że tym razem poznanie idzie przed zniszczeniem, a nawet, w zamierzeniu, ma to zniszczenie powstrzymać. Jeśli ten cel zostanie osiągnięty, będzie to znak, że ludzkość zaczyna uczyć się na własnych błędach. A jak dotąd oznak takich nie było zbyt wiele. przypisy 3 Niektóre archebakterie, takie jak bakterie metanowe czy halofile, znane były od dawna, nie wiedziano tylko, że należą one do grupy, która z „normalnymi” bakteriami nie ma właściwie bliższego związku. 4 Oczywiście, to co jest normą dla nas, nie musi być normą „w ogóle”. Archebakterie żyją też w żołądkach zwierząt przeżuwających, w błotach, w gelbie – i dla nich jest to zupełnie normalne. Ekosystemy trawiaste Trawy pojawiły się późno w ewolucji roślin. Ich szczątki kopalne pochodzą z połowy trzeciorzędu (sprzed niespełna 30 milionów lat), są więc młodsze niż takie wielkie grupy roślin, jak mchy, paprotniki, szpilkowe, czy większość kwiatowych. Trawy osiągnęły jednak wkrótce niebywały sukces ewolucyjny: prerie Ameryki Północnej i pampasy Ameryki Południowej, stepy Eurazji i sawanny Afryki to olbrzymie obszary kuli ziemskiej, na których stanowią one dominujący, nieomal jedyny element roślinny. Co przesądziło o ich sukcesie? Kiedy kosimy trawnik kosiarką, trawa nie zamiera, przeciwnie, wtedy właśnie rośnie najbujniej i jest najbardziej produktywna. Spróbujmy podobnie potraktować inne rośliny, a ich ucięte pędy nigdy już się nie wyciągną, liście nie odrosną. Porządna pielęgnacja trawnika polega na jego częstym strzyżeniu – nie tylko dlatego, że to pomaga trawom, ale i dlatego, że przeszkadza wszystkim innym roślinom. W rezultacie – trawy zostają same. Oczywiście, trawy nie przystosowały się do kosiarek, ręcznych czy mechanicznych, i nie im zawdzięczają swoje sukcesy. Lecz w tej roli człowiek zastąpił tylko olbrzymie rzesze trawożernych zwierząt (głównie ssaków), które od milionów lat obgryzały liście i pędy traw całego świata, przyczyniając się do ich sukcesu. Bez zwierząt trawożernych nie byłoby i traw, a w każdym razie stepów (i wszystkich ich lokalnych odmian). A bez stepów, nawiasem mówiąc, nie byłoby i człowieka. Nasze losy i losy traw sprzęgły się nierozdzielnie. Sukces traw polegał na zerwaniu z niemal wszystkimi tak zwanymi trendami ewolucyjnymi, które się w dziejach roślin zarysowały. W czasach powszechnego wśród roślin kwiatowych uzależnienia od owadopylności trawy porzuciły ten sposób zapylania i wróciły do, znacznie starszej ewolucyjnie wiatropylności (do dziś praktykują ją na przykład szpilkowe). Trawy zredukowały do minimum swą morfologię – do prostego pędu i kilku długich, niczym nie wyróżniających się liści – uprościły też swe korzenie, które stały się gęstwą prawie identycznych, nie zróżnicowanych odrostów. Ale największym zapewne wynalazkiem było zupełne odwrócenie „filozofii wzrostu”. Zamiast rosnąć od czubka, trawy przyrastają od dołu. Co to oznacza? Wzrost to złożony i skomplikowany proces. Rośliny rozwiązały ten problem, wytwarzając wyspecjalizowane organy, tzw. ośrodki wzrostu, w których komórki dzielą się intensywnie, inne organy zostały tych funkcji pozbawione (gdyby wszystkie komórki zachowały zdolność dzielenia się, organizm szybko utraciłby nad nimi kontrolę, jak to ma miejsce w przypadku komórek nowotworowych, nie stanowiących jednak, ściśle biorąc, komórek organizmu). U roślin wzrost odbywa się, mówiąc najogólniej, w górę (lub w dół w przypadku korzeni) oraz na boki i oba te rodzaje wzrostu mają swe własne ośrodki, zwane merystemami. Wzrost ku górze odbywa się w stożku (wierzchołku) wzrostu, położonym zazwyczaj na szczycie każdego pędu. Gdy ten szczyt utniemy lub gdy odgryzie go zwierzę, pęd przestaje rosnąć (przynajmniej na długość). Otóż trawy, jak mówiliśmy, przeniosły swój „wierzchołek” wzrostu do podstawy pędów i liści (pędy traw, zwane źdźbłami, przyjęły dodatkowo budowę segmentową, z pustym wnętrzem, co umocniło niebywale ich strut urę, pozwalając im rosnąć wysoko przy zachowaniu bardzo cienkiego przekroju). Gdy odetniemy wierzchołek trawy (pędu lub liścia), trawa odrasta; gdy obcinać będziemy często, trawa będzie odrastać szczególnie intensywnie. A zważywszy, że to obcinanie odbywa się w naturze zazwyczaj za pomocą zębów zwierząt trawożernych, uznać możemy, że trawa wyraźnie przystosowała się, by być zjadaną, i że przybywa jej w miarę jedzenia. A to już nawiązuje wyraźnie do opowieści biblijnej, od której rozpoczęliśmy te rozważania. Rosnąc na otwartych, zwykle suchych obszarach, trawy często padają ofiarą ognia. Pożary stepów i sawann, tam gdzie te naturalne skupiska roślinne jeszcze się zachowały, zdarzają się często, niemal cyklicznie, z nadejściem pory suchej. Dla wielu zwierząt i roślin są to wydarzenia dramatyczne. Ale nie dla traw. W obliczu nieubłaganego żywiołu trawy zastosowały znany nam już trik ewolucyjny: zamiast próbować walczyć z zagrożeniem, postarały się wyciągnąć z niego maksymalne korzyści. Źdźbła trawy, puste w środku, drewnieją wraz z dojrzewaniem i palą się od byle iskry (słomiany ogień to nie tylko przenośnia, to także opis pewnego istotnego zjawiska biologicznego). Równie łatwo płoną ich wysuszone liście i kłosy. Dojrzała trawa sprawia wrażenie rośliny przystosowanej do palenia się, podobnie jak przystosowana jest do obgryzania przez trawożerne zwierzęta. Ogień trawiący bezkresne stepy przechodzi jednak szybko i nie jest zbyt gorący. Delikatna tkanka wzrostowa traw, ukryta tuż przy ziemi, wytrzymuje więc zwykle jego przejście, gotowa od razu po pożarze do podjęcia swej działalności. Dodatkowa obecność licznych naziemnych lub podziemnych pędów płożących, którymi trawy rozmnażają się wegetatywnie, zwiększa ich odporność na wszelkiego rodzaju zagrożenia przychodzące z góry. Dlatego też choć stada zwierząt roślinożernych i trawiące stepy płomienie niszczą wszystkie niemal siewki drzew, krzewów i innych roślin, trawom nie szkodzą, uwalniając je przy okazji od konkurentów. rysunek 2 Ewolucja traw Trawy zaczęły swą zwycięską ewolucyjną epopeję w drugiej połowie trzeciorzędu. Zachodziły wtedy na świecie znaczące przemiany geologiczne i klimatyczne. Jeden, gigantyczny superkontynent, który grupował w erze mezozoicznej wszystkie lądy Ziemi, rozczłonkowywał się coraz bardziej. Aktywizowały się przy tym prądy morskie, robiło się coraz zimniej w regionach podbiegunowych. Wszystko to w znaczący sposób wpłynęło na klimat, zwiększając jego zróżnicowanie przestrzenne (na strefy klimatyczne) i czasowe (na pory roku). Prowadziło to między innymi do osuszenia obszarów lądowych i ożywienia wiatrów, których działalność jest wszak odzwierciedleniem niejednorodności klimatycznej planety. Wiatr daje możliwość „taniego” rozsiewania pyłku i nasion, ale tylko na otwartych przestrzeniach. Trawy właśnie skorzystały z tej nadarzającej się okazji, przechodząc na wiatropylność. By ich strategia była w pełni skuteczna, dżungle tropikalne, których gęstwina zatrzymuje wiatr niemal zupełnie, musiały jednak ustąpić miejsca terenom ożliwie jak najbardziej otwartym. I trawy nie tylko wykorzystały powstanie takich właśnie terenów, lecz także jak najbardziej aktywnie przyczyniły się do ich ekspansji. Jak widzieliśmy, „cel” ten osiągnęły dwiema metodami: przez przywabianie (a nawet, poniekąd, stworzenie) odrębnej klasy stadnych, trawożernych zwierząt, których nieustająca aktywność uniemożliwia wzrost siewek większości roślin, oraz przez stworzenie warunków do częstych, choć krótkotrwałych pożarów, niszczących wszystko to, czego zwierzęta zniszczyć nie zdążyły. W ten sposób niewielkie zrazu obszary porośnięte trawami poczęły powiększać się w szybkim tempie, a stepy i sawanny opanowywały coraz większe obszary lądów. Za nimi coraz to nowe grupy zwierząt przechodziły na trawożerność, przyczyniając się tym samym do jeszcze większego sukcesu traw. Co więcej, zamieniając obszary leśne, dające liczne możliwości kryjówki, na otwarte stepowe przestrzenie, zwierzęta zaczęły się skupiać w stada, gdyż tylko tak unikać mogły rosnącego zagrożenia ze strony coraz liczniejszych, przywabionych łatwo widoczną zdobyczą, drapieżników. Stadność zachowań, rozbudowane życie społeczne, rosnąca doskonałość zmysłów, a co za tym idzie i rozwój mózgu, wszystko to są cechy, które swój rozwój zawdzięczają poniekąd trawom. W takich warunkach, w tej scenerii i wśród takich zwierząt pojawił się na Ziemi człowiek. Wiele, bardzo wiele z naszych cech zawdzięczamy trawom – dietę (zwłaszcza powszechność wypieku chleba), zachowania społeczne, może nawet psychikę. Naukowcy są zgodni, że powstanie człowieka wiązało się bezpośrednio z pojawieniem się wielkich, otwartych trawiastych przestrzeni, jakimi były afrykańskie i azjatyckie sawanny. Nasz los od początku splótł się z losem traw. I do dziś z żadną inną grupą roślin nie wiążą nas tak bliskie związki. Wszystkie bez wyjątku zboża należą do traw; każdy niemal lud korzysta z innego ich gatunku, od azjatyckiego ryżu, przez afrykańskie sorgo i europejskie żyto, aż po amerykańską kukurydzę. Do traw należy trzcina cukrowa, pierwszy dostawca cukru dla ludzi, i papirus, który patronował narodzinom niejednej cywilizacji. Trawą jest też, choć trudno w to uwierzyć, bambus, niezastąpiony w życiu ludów Azji południowo-wschodniej. Dzięki temu, że ich odżywcze ziarna są wyjątkowo zdatne do długotrwałego przechowywania, trawy pozwoliły nam zbudować miasta i zasiedlić najbardziej niegościnne tereny. Trawom zawdzięczamy możliwość hodowli zwierząt na mięso i skóry, pośrednio dzięki nim możliwy był przez całe stulecia transport pomiędzy najodleglejszymi nawet regionami – wszystkie zwierzęta pociągowe i wierzchowe są trawożerne, a ich siła bądź szybkość związane są z trawiastym otoczeniem. Żadnej innej grupie roślin nie zawdzięczamy tak wiele. I dlatego warto poświęcić im naszą uwagę. Zwłaszcza że dzięki nim możemy uświadomić sobie pewną ważną ewolucyjną naukę: słabość może być źródłem siły, jeśli tylko właściwie ją wykorzystać.