Tamsieji valgytojai: alternatyvi gyvybė

Prieš keletą metų, kai su žmona baiginėjome vestuvinius pusryčius, siurbčiojau šampaną, nenujausdamas, kas guli prieš mane ant baltos lininės staltiesės. Tikrai niekada nemaniau, kad tai gali pakeisti mano tyrimus.

Nors susituokėme JK, mano šaknys yra Bahamuose. Žmona paprašė mano tėvų atvežti kriauklelių stalų papuošimui. Kai kurios jų patraukė mano daktaro tezių kuratoriaus Crispin Little akį. „Nickai, tai yra lucinidų kriauklės,“ tarė jis. Paėmiau gulėjusią prieš mane vieną nuo stalo. „Ha,“ šūktelėjau, „tikrai.“

Lucinidų moliuskai neįprasti, kadangi dalį arba visą savo maistą gauna iš žiaunose gyvenančių simbiotinių bakterijų. Tačiau kas išties nepaprasta, tai kaip bakterijos gauna to maisto gamybai naudojamą energiją: ne iš saulės šviesos, bet iš paprastų cheminių medžiagų, esančių jų aplinkoje – chemosintezės.

Būtent šis procesas kuria įspūdingas gyvybės oazes jūrų gelmėse, prie hidroterminių versmių. Tačiau ne taip plačiai žinoma, kad ji toli gražu neapsiriboja giluminėmis versmėmis, o chemosintetinančiomis bakterijomis gyvūnai naudojasi įvairiausiose vietose.

Šie liucinidų moliuskai paplitę, pavyzdžiui, sekliuose Bahamų vandenyse – užaugau, rinkdamas jų kriaukleles paplūdimyje, bet niekad nesupratau, kuo jos maitinasi. Dabar stengiuosi išsiaiškinti, kas jais maitinasi, kad žinočiau jų vaidmenį vietinėje ekosistemoje. Naujausi kitų tyrėjų atradimai rodo, kad chemosintezė yra daug svarbesnė, nei kas įsivaizdavo.

1977 m. didžiulių kirminų, neturinčių žarnyno, atradimas klestinčių apie hidrotermines versme, pribloškė mokslininkus. Kuo jie maitinasi ten, kur nepasiekia šviesa ir iš viršaus nusileidžia taip mažai maisto? Colleen Cavanaugh, dabar dirbanti Harvardo universitete, iškėlė mintį, kad energiją jie gauna iš vandenilio sulfido, besiveržiančio iš versmių, padedami specialiuose organuose gyvenančių chemosintetinančių bakterijų. Be šviesos, bakterijos naudoja vandenilio sulfidą ir gamina „tamsiąją anglį“. 1983 m. Cavanaugh parodė, kad versmių kirminai išties maitinasi šia tamsiąja anglimi.

Tais pačiais metais panašios klestinčios oazės, vėlgi, maitinamos chemosintetinančių bakterijų, rastos aplink metano šaltinius jūros dugne. Bet vandenilio sulfidas ir metanas randamas ne tik versmėse ir šaltiniuose – jos gaunamos visur, kur organinės medžiagos ỹra mažai deguonies turinčioje aplinkoje. Kitaip tariant, chemosintezės žaliavos gali rastis iš skylančio fotosinteze sukurto maisto, bei iš neorganinių procesų.

Koks bebūtų šių cheminių medžiagų šaltinis, jų panaudojimui paprastai reikia deguonies. (žr. „Ar ateiviai valgo tamsiąją anglį?“). Cavanaughas ir kiti suprato, kad tai reiškia, jog chemosintetinantys mikrobai gali tarpti kur tik yra riba tarp mažai deguonies ir daug organinės medžiagos turinčios aplinkos ir daug deguonies turinčios aplinkos, nuo pūvančių banginių palaikų jūros dugne iki sodų tvenkinių dugno purvo.

Šie mikrobai paplitę ir dažnai užmezga partnerystę su gyvūnais. Nuo devintojo dešimtmečio pradžios, biologai pradėjo atrasti chemosintetines simbiozes įvairiausiuose bestuburiuose, nuo mažučių nematodų ir pinčių iki gigantiškų dvigeldžių moliuskų, gyvenančių nuo mangrovių pelkių iki jūros gelmių. Šie gyvūnai priglaudžia bakterijas ir padeda joms gauti chemines medžiagas, kuriomis jos maitinasi, o mainais bakterijos tiekia maistą. Daugelis nuo bakterijų priklauso taip stipriai, kad jų žarnynas būna neišsivystęs arba jo nebūna visai.

Dvigeldžiai moliuskai ypač linkę partneriauti su chemosintetinančiomis bakterijomis. Johno Tayloro, moliuskų specialisto iš Gamtos istorijos muziejaus Londone, vertinimu, yra šimtai chemosimbiotinių dvigeldžių rūšių, priklausančių mažiausiai šešioms šeimoms. Jos ne kartą išvystė simbiozę su įvairiomis chemosintetinančiomis bakterijomis.

Nors daug domėtasi šių simbiozių veikimu, buvo manoma, kad sekliose jūsų ekosistemose chemosintezė vaidina tik labai menką vaidmenį. Ši prielaida pasirodė esanti klaidinga.

Pavyzdžiui, 2 milijonai islandinių bėgikų, migruoja iš Sibiro į vakarų Afrikoje esančias Mauritanijos pelkynes ir jūržolių plotus, vadinamus Banc d'Arguin. Kuo visi šie paukščiai maitinasi, buvo mįslė. Pasirodo, lucinidų moliuskais. Jan van Gils ir Matthijs van der Geest, dirbdamiKarališkajame Nyderlandų Jūros tyrimų institute, parodė, kad didžiuliai islandinių bėgikų pulkai pusę maisto gauna iš lucinidų. Juose esančios bakterijos išgauna energiją iš pūvančių jūržolių (kurios šiaip būtų palaidotos nuosėdose), taip smarkiai padidindamos populiaciją, kurią ekosistema gali išlaikyti.

Energijos perdirbimas

Tai ne vienintelis pavyzdys, kai augalų atliekas perdirbamos chemosinteze. Upės daugybę augalinės medžiagos atplukdo į jūrą, bet buvo manoma, kad tik nedidelė jos dalis pakliūdavo į jūros maisto grandines. Tada 2009 m., Martinas Attrillas ir jo kolegos Plymoutho universiteto Jūrų institute JK, parodė, kad jūriniai sliekų giminaičiai, mažašerės žieduotosios kirmėlės, gali šias organines medžiagas suvartoti ir perduot tolyn maisto grandine jais besimaitinantiems paukščiams ir žuvims.

Neseniai Nicole Dubilier ir jos kolegos Maxo Plancko Jūrų mikrobiologijos institute Bremene, Vokietijoje, išsiaiškino, kad ant šių kirminų odos gyvena chemosintetinančios bakterijos. Tiesą sakant, bakterijos yra lygiai tokios pat, kaip ir siejamos su krevetėmis, krabais ir sraigėmis, gyvenančiomis prie giliavandenių hidroterminių versmių. Tebėra neaišku, kokia nauda kirminams iš bakterijų, bet įtariama, kad jos padeda kirminams pasinaudoti į estuarijas iš sausumos gilumos išplaunamos medžiagos gausa.

Šalia Naujosios Zelandijos chemosintezė vaidina svarbų vaidmenį. Čia upės išplauna miškų atliekas į fiordus, kur šios sudaro labai daug organinių medžiagų turinčias nuosėdas. Tankūs balti laisvai gyvenančių chemosintetinančių bakterijų apklotai dengia didelius jūros dugno plotus, ir chemosimbiotiniai moliuskai dominuoja gyvūnų bendrijoje. Stepheno Wingo ir Rebecca'os McLeod iš Otago universiteto Dunedine atlikti izotopų tyrimai rodo, kad maždaug 50 m gylyje chemosintezė yra pagrindinis maisto šaltinis šių bendrijų, savo ruožtu maitinančių vietines žuvis, tokias, kaip mėlynoji menkė ir paprastoji lūpažuvė, omarai ir jūrų ežiai.

Teikiantys maistą nesuskaitomai gausybei jūrų sutvėrimų, chemosimbiotiniai gyvūnai gali būti vertingas maisto šaltinis ir mums. Pavyzdžiui, šalia Tinharé salos Brazilijos Bahia paplūdimyje, vietiniai žmonės renka lucinidus iš mangrovių pelkių valgymui ir pardavimui restoranams. Žalia mėsa, atrodo, gana skani, bet chemosintetinančias bakterijas priglaudusios žiaunos yra karčios. Tokie moliuskai, kaip tigriniai lucinidai taip pat valgomi visuose Karibuose, šios tradicijos siekia vietinių žmonių laikus.

Būtent tigrinių lucinidų kriauklės puošė stalus per mano vestuves. Ir tai ne vien maisto šaltinis. Šis moliuskas rausiasi per nuosėdas, priglaudžiančias susiraizgiusias tropinių jūržolių šaknis. Studijuodamas jūržoles Banc d'Arguine, van Gilso kolega, Tjisse van der Heide, pastebėjo, kad ten, kur yra daugiau moliuskų, ten ir daugiau jūržolių.

Komanda patvirtino, kad taip yra iš tiesų, lauko ir laboratoriniais tyrimais. Jie išsiaiškino, kad yrant jūržolių lapams, nuosėdose susidaro vandenilio sulfidas. Šios supuvusio kiaušinio kvapo dujos nuodija jūržolių šaknis, tad, jeigu jo susikaupia daugiau, jūržolių augimas sulėtėja. Tačiau esant moliuskų, jų simbiotinės bakterijos išvalo dujas – o daugiau dujų reiškia daugiau maisto moliuskams. Taigi, moliuskai ir jūržolės skatina vieni kitų augimą (Science, l 336, p 1432).

Jūržolėmis maitinasi įvairiausi gyvūnai, tarp kurių yra lamantinai, vėžliai ir jūros arkliukai. Jos yra daugelio komerciškai svarbių žuvų ir geldelių rūšių prieglobstis. Jos netgi padeda stabilizuoti pakrantės nuosėdas ir kaupti anglį. Ir prie viso to, kaip dabar žinome, prisideda ir chemosimbiotiniai moliuskai.

Kiek dar ekosistemų iš dalies galėtų remtis chemosinteze? Kalbant apie chemosintezės vaidmenį okeane, dar tik žvilgtelėjome į patį paviršių. Ir tai ne vien jūros. Naujai tyrimai parodė, kad ji savo vaidmenį atlieka ir upėse bei ežeruose. Nuostabu, kad vandenynų gelmių tamsybėse aptiktas fenomenas, pasirodo, visą laiką vyko ir mūsų kiemuose.

Kalbant apie galinius kiemus, tai mano vaikystės namuose Bahamuose vestuvių dienos komentaras mane supurtė. Plaukiojau su nardymo kauke virš jūržolių šalia kranto ir pastebėjau negyvus lucinidus ant smėlėto dugno. Mano dėmesį patraukė tai, kad jie visi buvo sulaužyti taip pat – viena geldelė visiškai sveika, o kita sulaužyta pagal augimo liniją. Kažkas valgo šiuos moliuskus – bet kas? Su Britanijos ekologinės draugijos ir Natūralios aplinkos tyrimų tarybos pagalba, grįšiu į Bahamus, kad surasčiau kaltininkus ir aprašysiu dar vieną chemosintezės palaikomą maisto grandinę.