В отравленных сероводородом глубинах Черного моря не скрывается никто. Во всяком случае, анаэробные серодышащие (сульфатредуцирующие) бактерии, которые вышеупомянутый сероводород и производят, живут в лишённых света глубинах совершенно открыто. Но вопрос-то в другом: кто мог бы? Какие чудовища — теоретически — способны обитать в бескислородной среде, например, на других планетах?
Для начала о кислороде. Почему на нём свет клином сошёлся? Потому что его ядро состоит из шестнадцати нуклонов. Именно кислород образуется на втором этапе термоядерного синтеза в недрах звёзд, когда водород уже израсходован и в реакцию вступает гелий. Звезда же при этом, обычно, взрывается. Так что в составе галактического газа кислород уступает по массе лишь водороду и гелию.
То есть, кислорода очень много. Земля состоит из него на 40%. А самая распространённая во вселенной химическая реакция — соединение кислорода с ещё более распространённым водородом. Совершенно не случайно именно она служит источником энергии для синтеза биомассы при окислительном метаболизме.
При анаэробном дыхании используются другие реакции. Например, между водородом и серой. Но разнообразие вариантов очень велико, причём велико оно тоже отнюдь не случайно. В этом, собственно, и заключается главная слабость анаэробов. Все использующиеся ими соединения не включены в круговорот веществ, при использовании расходуются и становятся дефицитными. Дышать приходится тем, что найдётся. Вторым недостатком метода закономерно является то, что найти вещества, дающие при соединении больше энергии, чем кислород и водород — невозможно. Любые другие варианты заведомо хуже.
Длинное вступление требуется для понимания того факта, что завязанный на кислород метаболизм большей и лучшей части обитателей нашей планеты — не случайность, а закономерный этап оптимизации биосферы. Начавшийся, по сути, 3 миллиарда лет назад. После изобретения оксигенного фотосинтеза, — самой сложной, но перспективной разновидности синтеза. При которой используются лишь предельно стойкие, но не расходующиеся, ибо включённые в круговорот веществ, соединения — углекислота и вода. Кислород содержится в том и в другом, так что синтез сопровождается высвобождением этого газа.
Таким образом, на любой хоть отдалённо землеподобной планете оксигенный фотосинтез окажется неизбежным этапом развития биосферы. На Земле уже через миллиард лет это изобретение привело к кислородной катастрофе — замене восстановительной атмосферы на окислительную. В этот момент на планете проживали ещё только бактерии и археи. И в дальнейшем животный мир развивался уже в присутствии кислорода. Анаэробам пришлось жаться по закоулкам, в которые этот газ не проникал. Многоклеточные животные с альтернативным метаболизмом крайне редки и примитивны. К их числу относятся плоские и круглые черви, а также кишечнополостные. Причём во всех случаях только паразитические.
Сможет ли биосфера развиваться, если кислородная катастрофа не произойдёт? Моделирование условий, с одной стороны благоприятных (ясно, что окислительная атмосфера не возникнет там, где невозможен фотосинтез), а с другой стороны «восстановительных» — интересная задача сама по себе. Но, допустим, что таковые существуют. Какие ограничения накладывает анаэробный метаболизм на сравнительно продвинутые формы жизни?
Если речь лишь о меньшей эффективности дыхания, а значит о пониженной энергетике, то, на первый взгляд, никаких. На протяжении почти всей истории окислительной биосферы, животным приходилось ограничиваться меньшим количеством кислорода, чем в наше время, или же дышать атмосферой, содержащей много углекислоты, которая усвоению кислорода эффективно препятствует. То есть, снижение качества реагента может быть скомпенсировано его высокой концентрацией.
Но именно с концентрацией любого из заменителей кислорода в природе и наблюдается засада. Ведь все они производятся в абиогенных процессах. Так что, если рассматривать условия по-прежнему абстрактные, но относительно реалистичные, анаэробная биосфера, какова бы ни была её химия, окажется относительно «вялой». Самой очевидной представляется аналогия со среднепротерозойскими биосферами Земли — франсвилльской или тиманской, в которых первую скрипку играли животные сидячие, и, к тому же, способные выживать лишь в условиях наличия течения, доставляющего пищу и газы. Биосфера подобная позднепротерозойской — эдиакарской — с массой примитивных, но подвижных животных, уже представляется оптимистическим сценарием. Однако, не выходящим ещё за пределы вероятного.
Одной из гипотез, объяснявших кембрийский взрыв, являлось изобретение активного дыхания. Или появление предпосылок для него в виде повышения концентрации кислорода до уровня, делающего энергетически целесообразным прокачивание воды через жабры. Принятое в докембрии пассивное дыхание, при котором кислород «самотёком» проникает в организм через мягкие покровы, не сопряжено с какими-либо затратами. Но и не позволяет обзавестись панцирем, расти, уменьшая относительную поверхность тела, и регулировать выделение энергии. Животное, в тканях которого накопился кислород, может сдвинуться на расстояние, ограниченное запасом окислителя, но и не более того.
В настоящий момент кембрийскому взрыву найдено иное объяснение, и «кислородная» гипотеза не считается убедительной, тем не менее, концепция ограничений, накладываемых пассивным дыханием, представляется применимой для случая бескислородных условий.
…Конечно, в глубинах Черного моря, при условиях более благоприятных, могли бы скрываться и твари более интересные, чем бактерии. Но не большие и точно не хищные.
Другие статьи на данную тему
Возможна ли более жизнь в глубинах Чёрного моря за счёт хемосинтеза? Да, бактерии в глубинах Чёрного моря уже живут так, но ведь есть сероводородные экосистемы у гидротермальных источников. И Чёрное море, вроде, проходит на стыке литосферных плит.
Нет в Сёрном море гидротермальных источников. Источником сероводорода являются сами бактерии
Отнюдь не во всех случаях животные-анаэробы только паразитические.