Удивительно, что в разных местах вдоль Тихоокеанского побережья обеих Америк, от Британской Колумбии до Эквадора, были найдены остатки материальной культуры, имеющей сходство с китайской. Большинство этих находок, по самым приблизительным данным, относятся к ранним векам нашей эры. Археологи думают, что это следы нескольких волн беженцев, покинувших страну по религиозным мотивам, которые отправились на прочных судах, чтобы найти себе новое пристанище. Вначале они вошли в Куросио и, должно быть, не одну сотню дней плыли по большому кругу в северной части Тихого океана, прежде чем Калифорнийское течение принесло их к берегам Америки.
Бесспорно, величайшими океанскими путешественниками были полинезийцы, пришедшие из Азии. В период европейского средневековья эти "викинги восходящего солнца" распространились по всей Океании наперекор ветрам и течениям. За несколько сот лет полинезийцы заселили большую часть островов в центральном и западном районах Тихого океана, многие из которых это крошечные точки суши затерянные в океане.
К тому времени, когда этих вод достигли европейцы, ветры и течения, с которыми нужно считаться, вероятно, уже хорошо были известны исследователям. Сэр Фрэнсис Дрейк и капитан Джеймс Кук, должно быть, прекрасно знали Калифорнийское течение, но в старинных картах таких путешествий, полных восторженных описаний островов и континентов, часто опускались подробности, относящиеся к этим круговым морским дорогам, соединяющим дальние страны. Возможно, что великие капитаны защищали свои профессиональные интересы и репутацию, а может быть, просто как истинные мореплаватели они помалкивали о таких делах, которые не касались "сухопутных моряков".
Великие морские течения являются главным механизмом, регулирующим температуру на Земле. Большое количество солнечного тепла, получаемого экваториальными районами, уносится к полюсам океанскими течениями, которые к тому же направляют туда и огромные массы воздуха. Течения - творцы климата, им обязаны своим существованием и обильно поливаемые дождями леса в высоких широтах, и безводные прибрежные пустыни. К Тихоокеанскому побережью Америки Калифорнийское течение приходит, уже отдав изрядную долю тепла на дальнем севере. Этот поток холодной воды оказывает унифицирующее влияние на большую часть западного побережья Северной Америки и одновременно создает морскую экологию, совершенно не похожую на ту, которая характерна для Атлантического шельфа. Здесь заметно стерты биогеографические различия между отдельными районами, которые так резко очерчены на восточном побережье. Другие особенности, различающие эти два побережья, являются следствием комбинированного влияния течений и топографии. Тихоокеанская прибрежная зона, ширина которой иногда достигает нескольких сот километров, характеризуется относительно высокой продуктивностью, так как Калифорнийское течение несет огромный и постоянный поток органических веществ из плодородных северных районов Тихого океана. На Атлантическом побережье главный вклад в плодородие прибрежных участков вносят реки, а Гольфстрим по сравнению с Калифорнийским течением стерилен. У Тихоокеанского побережья происходят апвеллинги - подъемы глубинных вод, доставляющие к поверхности питательные вещества. На восточном побережье этого практически не бывает.
Неся холодную воду на юг, Калифорнийское течение одновременно осушает воздух. Оно принимает в себя влагу, приносимую морскими ветрами, дующими в направлении Южной Калифорнии и Калифорнийского полуострова. Именно сухой, мягкий климат ответствен за явление второго порядка: огромную концентрацию населения в районе между Санта-Барбара и Сан-Диего.
Таким образом, ясно, что во многих отношениях взаимодействие относительно круто уходящей в море окраины континента с Калифорнийским течением определяет уникальность этого района. Геологические особенности и закономерности перемещения огромных масс воды - лишь внешнее проявление его своеобразия. Биологические процессы, протекающие у Тихоокеанского побережья, также неповторимы и больше нигде не встречаются у берегов Северной Америки.
III. Плавучие леса
Основу первичных пищевых цепей океана составляет фитопланктон, микроскопические одноклеточные организмы, являющиеся в то же время настоящими растениями. Фитопланктон называют травой моря, но на это растительное сообщество можно также смотреть как на лес, микроскопический в одном отношении и огромный в другом. Большинство участков этого леса незаметно связаны между собой, но в поверхностных слоях моря он распространяется как сплошная зеленая волна. Находится ли он под ярким синим небом или несущимися слоистыми облаками, в мягкой дымке морского тумана или в бурных штормовых волнах, - этот плавучий лес-невидимка во многих отношениях сходен с некогда нетронутым пышным ковром вечнозеленых деревьев, покрывавшим северо-западные прибрежные холмы и простиравшимся далеко в глубь и в верх материка до границ распространения растительности.
Образное сравнение фитопланктона с лесом представляется мне неплохим методом, для того чтобы подойти к рассмотрению сильно отличающихся между собой по масштабам явлений, управляющих основными аспектами жизни в Калифорнийском течении и вдоль него. Весной и летом вдоль побережья дуют сильные северо-западные ветры. Эти воздушные потоки, формирующиеся в зоне высокого атмосферного давления над северными районами Тихого океана, дуют параллельно Калифорнийскому течению. Поверхностные слои воды у побережья, увлекаемые ветром и течением и непрерывно вынуждаемые поворачивать по часовой стрелке под действием силы Кориолиса, устойчиво движутся на запад. По мере того как эти поверхностные массы воды отгоняются от берега, они заменяются поднимающейся из глубины холодной водой. Достигнув поверхности, вода, в свою очередь, медленно отходит в море. Подобное перемещение воды продолжается до тех пор, пока дует ветер. Непреоборимые физические законы превращают это явление в характерную особенность всего региона.
Апвеллинги, или подъемы воды из глубоких слоев, у побережья северной части Тихого океана наиболее интенсивно и постоянно протекают с конца весны до конца лета (с мая до сентября). Самая большая зона апвел-лингов охватывает район от Пуэнт-Рейес, севернее залива Сан-Франциско, до побережья центральной части штата Орегон. Это явление, однако, характерно не только для вод, прилегающих к берегам Соединенных Штатов, оно наблюдается во многих местах Мирового океана, главным образом вдоль западных побережий континентов. Пожалуй, наибольшего размаха апвеллинги достигают у побережья Перу. Весьма масштабны они и у побережий Британской Колумбии, Калифорнийского полуострова и Панамы.
Отдельные случаи апвеллингов, так же как и крупные океанские поверхностные течения, можно обнаружить при помощи термочувствительного оборудования на борту космических спутников. Однако они дают только поверхностную картину. Возможно, в будущем какой-нибудь оптический прибор, основанный на принципе сканирования, графически изобразит "анатомию" этого процесса, которую с таким трудом, штрих к штриху, воссоздавали океанографы, теоретики и экспериментаторы, манипулируя аппаратурой, спускаемой с борта корабля в глубины морей.
Поверхностные воды, отойдя от побережья, в конце концов снова опускаются. Однако это может произойти в десятках километров от зоны апвеллинга. Ученые считают, что спустя некоторое время развивается непрерывное циклическое движение воды, возникает конвекционная ячейка. Говоря грубо приблизительно, она представляет собой широкую полосу воды, медленно вращающуюся на одном месте вдоль побережья. В ветреную погоду передний край такой полосы смещается вдоль побережья к югу, описывая при этом спираль. Раз установившись, прибрежная конвекционная ячейка медленно перемещает воду до тех пор, пока ее движущая сила, северный ветер, не перестанет дуть на несколько дней. От двух до четырех недель требуется для того, чтобы в пределах одной типичной ячейки вода, органические вещества и планктон в том или ином виде вернулись в исходную точку.
Глубинные воды, поднимающиеся на освещенную солнцем поверхность, несут с собой массу питательных веществ для растений. По сравнению с поверхностными слоями вода из глубин насыщена питательными веществами, возникающими в результате разложения бактериями органических остатков, погружающихся в лишенные солнца глубины. Таким образом, апвеллинг выносит на свет нечто вроде компоста, имеющего очень сложный состав, но зато богатого и способного стимулировать рост водорослей.
В наш век спутников сравнительно нетрудно представить себе, как апвеллинг формируется в водах южного Орегона. Мы даже можем нарисовать в уме картину того, как все большее количество питательных веществ - нитраты, фосфаты, силикаты и другие - насыщает эту широкую полосу моря, пока этот своеобразный водоворот медленно направляется на юг.
Зону апвеллинга легко вообразить себе в виде громадного первого блюда на пышном банкете, в котором участвуют обитатели моря. Но, чтобы понять то, о чем пойдет речь ниже, необходимо перестроить свое воображение на явления совершенно иных, микроскопических масштабов.
Со времени изобретения микроскопа в XVII веке люди стремились при помощи своего интеллекта, воображения и интуиции проникнуть в природу фитопланктонных клеток. Им удалось собрать множество фактов, породивших множество теорий, и все же еще многие грани и нюансы этого микроскопического мира остаются загадочными. Возможно, что еще больше фактов остается за пределами возможностей микроскопа; возможно, что они недоступны даже для самого сложного и чувствительного аналитического инструмента, установленного в тщательно стерилизованной, снабженной кондиционером наземной лаборатории.
Чтобы осветить биологические границы этого замкнутого внутри себя мира, нужно настроить себя на другую систему представлений. В ней знакомые формы примут угрожающие размеры, а затем выйдут за пределы повседневного опыта. Физические законы воспринимаются совершенно по-другому существами, столь малыми по сравнению с человеком, что игольное ушко для них показалось бы ничуть не меньше, чем для нас мост через пролив Золотые Ворота.
В мире фитопланктона мы сталкиваемся с некоторыми неожиданными биофизическими и биохимическими явлениями. Они обычно ускользают от внимания людей, привыкших воспринимать более весомые вещи, однако именно они являются основными силами, управляющими жизнью существ, размеры которых колеблются в пределах от 0,001 до 0,0001 сантиметра.
Для этих организмов форма тела играет исключительно важную роль, более того, она способна варьировать. Их генетический аппарат устроен так, что особи одного вида при определенных условиях могут внешне несколько отличаться друг от друга. Но сделанный фитопланктонным организмом "выбор", или, скорее, внешнее проявление его генотипа, - отнюдь не результат прихоти. Оно продиктовано такими жизненно важными факторами, как плавучесть и эффективность поглощения питательных веществ. Так, увеличение площади поверхности их тела за счет уплощения, образования выростов или, наоборот, углублений, - короче говоря, любая особенность, помогающая им избежать сходства с простым шаром, может иметь разнообразные последствия. Такие представители фитопланктона, как диатомовые водоросли, лишенные способности активно передвигаться, используют форму тела для уменьшения скорости погружения. Способность "спускаться на тормозах" в воду помогает таким видам дольше оставаться на залитой солнцем поверхности воды.
Странная, на первый взгляд, форма тела фитопланктонных организмов может способствовать ускорению транспорта необходимых веществ через стенку клетки. В качестве грубой аналогии можно сказать, что губка сферической формы впитывает в себя воду медленнее, чем плоская губка того же объема. Добавьте к этому простые или листовидные выросты, и скорость абсорбции намного возрастет. Организация фитопланктонных организмов не очень сложна, но все детали расположены настолько искусно, что нашим инженерам и во сне не приснилось бы такое решение, даже в нынешний век миниатюризации. У диатомовых нет таких явно выраженных органоидов движения, как, например, жгутики, которыми обладает другая большая группа фитопланктонных организмов - растительные жгутиконосцы. Однако некоторые диатомовые как будто способны изменять плотность своего полужидкого содержимого. Образование газовых вакуолей, небольших внутренних "мешочков", играет ту же роль, что и у некоторых сине-зеленых водорослей - очень примитивных микрорастений, обладающих многими чертами бактерий. Другой способ, с помощью которого, как предполагают, фитопланктонные организмы могут изменять свою плотность, - это накопление, жира и капелек слизи (и то, и другое легче воды). Используя тот или другой механизм изменения плавучести, а возможно, и их комбинацию, фитопланктонные организмы, на первый взгляд совершенно пассивные, могут не только сохранять свое положение в толще воды, но и активно мигрировать вверх и вниз.
Представители мира фитопланктона испытывают при передвижении ограничения и трудности, с которыми людям никогда не приходится сталкиваться. Речь идет об изменениях плотности и вязкости воды. Плотность связана с весом и, следовательно, с явлением водоизмещения. Холодная вода плотнее теплой; соленая вода плотнее пресной. Планктон может оказаться ниже уровня скачка плотности, например термоклина. Подобно шарику, долетевшему до потолка, микроорганизм может оказаться физически неспособным достигнуть верхних, сравнительно разреженных слоев воды. Вязкость, являющаяся мерой сцепления молекул жидкости, тоже может значительно изменяться в мире, заселенном фитопланктоном. Орга-.низмы величиной с человека ощущают силу этих факторов окружающей среды только в крайних или ненормальных обстоятельствах - плавая, скажем, в Большом Соленом озере (плотность) или в бассейне, наполненном патокой (вязкость).
Исходя почти из любой шкалы измерения, можно сказать, что разбавленный химический суп, каким является морская вода, никогда не бывает очень хорошо перемешанным. Это особенно справедливо в отношении используемых водорослями питательных веществ, которые под влиянием самых разных сил концентрируются или рассеиваются в определенных местах.
Апвеллинг, действующий в крупных масштабах, представляет только одну из этих сил. Используя тот или иной способ передвижения по вертикали, члены фитопланктонного сообщества могут натолкнуться на участки высокой концентрации питательных веществ, хотя не ясно, ищут ли они активно такие участки. Известно, однако, что, оказавшись в условиях изобилия питательных веществ, одноклеточные водоросли поглощают такие вещества, как фосфат, быстрее, чем они могут быть использованы ими. Такое "переедание" приводит к накоплению излишков. Позже, оказавшись на голодном пайке, клетки используют эти излишки для поддержания высоких темпов размножения.
Некоторые организмы, обитающие в жидком океаническом супе, не пренебрегают возможностью отхватить более существенный кусок, чем просто нитраты и фосфаты. Хотя эти существа, называемые аутотрофными, обычно осуществляют фотосинтез, они могут также становиться и хемотрофами. Это значит, что они абсорбируют и переваривают в растворенном виде такие вещества, как сахара и аминокислоты, присутствующие в морской воде в низких концентрациях. Хемотрофное питание осуществляется главным образом ночью. Благодаря ему некоторые представители фитопланктона населяют пространства, которые закрыты для чисто аутотрофных организмов. Например, некоторые жгутиконосцы столь же часто встречаются на больших глубинах, куда уже не проникают лучи солнечного света, как и у поверхности воды. По-видимому, они не живут постоянно в глубоких водах, а периодически совершают вертикальные миграции на расстояние одного-двух километров. Но в то время, когда они находятся вне досягаемости света, они могут существовать только как хемотрофные организмы.
Для существования большинства видов фитопланктонных организмов свет абсолютно необходим, и тем не менее обычно они не могут долго оставаться в условиях идеальной освещенности.
Свет в море ослабевает с глубиной. Средняя глубина зоны проникновения света, в которой клетки водоросли получают достаточно света для поддержания роста, составляет 200 метров.
Каждый конкретный вид фитопланктонных организмов приурочен к какой-то более или менее определенной глубине. Большинство форм встречается, однако, не очень далеко от поверхности моря. Некоторые же виды лучше всего себя чувствуют в условиях меньшей освещенности. Клетки, обитающие в полумраке, быстро увеличивают содержание хлорофилла. Таким образом, в более глубоких участках освещенной зоны накопление запасов этого алхимического вещества обеспечивает высокие темпы работы действующей при помощи солнечной энергии фабрики, которая превращает углекислый газ и воду в простой сахар. Чем больше в наличии хлорофилла, тем больше световой энергии можно уловить и использовать для осуществления химических превращений. Когда эти клетки возвращаются в зону с более высоким уровнем освещенности, избыток хлорофилла исчезает, вероятно, крохотные растения просто переваривают его.
