В открытом океане глубже всего в воду проникают лучи голубой части спектра, а в прибрежных районах — желтые и зеленые. Планктонные водоросли поглощают преимущественно лучи голубой части спектра. Свет, богатый красными лучами, тормозит фотосинтез. Вот почему наиболее комфортабельные условия для фотохимических реакций создаются на глубине 25–30 метров, куда лучи красной части спектра почти не проникают. В прозрачной воде до глубины 120 метров интенсивность фотосинтеза такова, что выделение водорослями кислорода способно еще компенсировать потребности дыхания. Опускаясь в бездну, одноклеточные водоросли могут осуществлять фотохимические реакции до глубины 300–600 и даже 900 метров, но уже не способны обеспечить свое существование за счет фотосинтеза и, чтобы жить, должны расходовать ранее запасенные вещества. Истратив все резервы, водоросли гибнут, если случайным током воды их не вынесет к свету.
Фотосинтез — основной процесс, ведущий к увеличению свободной энергии в биосфере за счет ее поступления извне. Подсчитано, что благодаря фотосинтезу за год на Земле создается около 150 миллиардов тонн органического вещества и выделяется 200 миллиардов тонн свободного кислорода. Почти половина этой колоссальной работы ложится на плечи одноклеточных водорослей океана. Далеко не все органические вещества и не весь кислород, полученные благодаря усилиям морских одноклеточных водорослей, расходуются жителями подводного царства. Они поступают в общую земную копилку и частично используются обитателями суши.
Леса и рощи
Житница подводного царства — висячие сады, — не украшают океан. Там, где они разрастаются пышным цветом, океанская вода теряет свою изумительную прозрачность и приобретает желтовато-бурую, зеленую или даже красную окраску. Гораздо привлекательнее подводные луга, кустарниковые заросли и настоящие «леса», густые и «высокоствольные» и столь же непроходимые, как джунгли Амазонки. В отличие от висячих садов эти подводные заросли образованы достаточно крупными растениями, поселившимися на твердом грунте или на чем-то другом, что может его заменить.
Подводные луга и леса не покрывают и десятой части площади дна океана и не спускаются в бездну. Они приурочены к береговой полосе, материковому побережью и берегам океанических островов. Они не так богаты видами, как наземные растительные сообщества, и образованы в основном водорослями. Только около 30 видов высших растений сумели прижиться в океане. Это в буквальном смысле слова капля в море.
Среди крупных подводных растений существуют любители по-настоящему твердых «почв» вроде поверхностей камней и скал. Для прибрежных зон характерны сильные течения и перемещения водных масс, связанные с приливами, отливами и с береговым прибоем. Мелкие частички грунта не способны удержать крупные растения, обладающие существенной «парусностью». Они смываются водой вместе с частичками грунта, за которые сумели ухватиться, уносятся в океан и там в конце концов гибнут. Зато мелкие растения, укрепившиеся на мягких грунтах, умеют их «цементировать», создавая подходящие условия для жизни более крупных растений.
Некоторые водоросли, так называемые эпифиты, поселяются на теле других растений. Они не паразиты, а простые квартиранты. Им нужна всего лишь жилплощадь, и особого вреда хозяевам «квартир» они не приносят. Одни эпифиты, в особенности маленькие, нетребовательны и способны жить на ком угодно. Крупных интересует размер «жилплощади» и прочность фундамента. Встречаются и привереды, выбирающие квартирных хозяев с большой осмотрительностью из очень ограниченного числа растений.
Кроме безобидных квартирантов, в подводных лесах встречаются настоящие паразиты, присутствие которых совсем не безразлично для эксплуатируемых ими «хозяев». У паразитов вполне сформировавшиеся вкусы и весьма ограниченный выбор объектов эксплуатации. Есть среди них и широкие натуры, не обнаруживающие при выборе хозяев каких-то специфических пристрастий.
Некоторые растения охотнее других поселяются на плавающих в воде объектах, в том числе на корпусах судов. Они наносят серьезный вред мореплаванию, резко увеличивают трение корпуса судна о воду, снижая его скорость и увеличивая эксплуатационные расходы.
Подводные леса живут по тем же законам, что и висячие сады. Водоросли содержат хлорофилл, а красная, бурая или коричневая окраска многих из них объясняется тем, что зеленый цвет хлорофилла замаскирован другими пигментами. Водоросли существуют за счет фотосинтеза. Главное условие их процветания — наличие света, обеспечивающего растения энергией для синтеза органических веществ. Вот почему их заросли встречаются лишь на мелководье. Их нижняя граница, в зависимости от прозрачности воды, находится на глубине от 40–50 до 200 метров. Вся остальная поверхность дна свободна от растительного покрова.
Температура воды океана колеблется в диапазоне около 30 градусов, что не лимитирует распространения растений, хотя для каждого вида существуют свои излюбленные температуры и свои температурные границы. В подводных лесах встречаются любители очень теплой и совсем холодной воды, но для жизни большинства наиболее благоприятны умеренные температуры. Вот почему самые мощные подводные заросли приурочены к умеренным и приполярным широтам. Не накладывая ограничений на общее распространение подводной растительности, температура воды оказывает серьезное влияние на интенсивность обменных процессов, на темпы роста и скорость размножения.
Для процветания подводных лесов необходимо регулярное поступление неорганических веществ, содержащих азот, фосфор, калий, кальций и целый ряд микроэлементов в виде соединений, способных усваиваться растениями. Ими чаще всего бывает богата океанская бездна. Там, где глубинные воды выносятся к поверхности, создаются благоприятные условия для развития подводных растений. Содержание кислорода подвержено менее резким колебаниям. Для существования подводных лесов необходимо, чтобы выделяемый в процессе фотосинтеза кислород полностью покрывал кислородные потребности растений. Там, где для фотосинтеза им не хватает световой энергии, а кислород выделяется в незначительных количествах, и проходит нижняя граница распространения растительных сообществ.
Использование растениями света зависит в первую очередь от температуры. Низкие и высокие температуры неблагоприятны для поглощения энергии света. Вот одна из причин приуроченности наиболее мощной подводной растительности к зоне умеренного климата. Для фотосинтеза необходимо регулярное пополнение запасов биогенных веществ и неорганики. Поэтому крайне важно интенсивное движение воды. Как бы ни была богата вода необходимыми веществами, если она сохраняет неподвижность, запасы будут быстро израсходованы, а их пополнение с помощью диффузии не сможет в полной мере обеспечить потребности растений, и жизнедеятельность водорослей окажется приторможенной. Напротив, в относительно бедных водах при их интенсивном движении снабжение растений будет хорошим.
Интенсивное движение воды может быть губительно для нежных водорослей, в особенности когда они молоды, и препятствовать их закреплению на грунте. Однако именно в проливах с сильным течением, у далеко выдающихся в море мысов, в зоне высоких приливов или интенсивного прибоя подводные заросли бывают особенно пышными, потому что вода вокруг водорослей интенсивно обновляется, обеспечивая своевременное снабжение растений всем необходимым. При хорошо налаженном снабжении усиливается обмен веществ, а темпы фотосинтеза увеличиваются вдвое, и водоросли вырастают крупными и здоровыми. Усиленное снабжение так эффективно стимулирует фотосинтез, что его интенсивность остается высокой даже при существенном снижении освещенности.
Движение воды не позволяет молодым маленьким водорослям покрываться грязью, так сказать, заиливаться, и мешает нормальному существованию растительноядных животных. Немногие из них способны «пастись» в зоне прибоя. Ну а для прикрепления к твердому субстрату различных зачатков водорослей (спор, гамет и зигот) течение не помеха. Дело в том, что у поверхности любого предмета находится пограничный слой воды, который из-за трения остается неподвижным. Его толщина колеблется в пределах 10–100 микрон. Он тем толще, чем значительнее размеры подводных объектов и чем медленнее движение воды. Толщина пограничного слоя вполне сопоставима с размером зачатков большинства водорослей. Они находят в нем убежище, спасение от бурного движения воды и могут начать здесь самостоятельную жизнь. Преимущества, создаваемые движением воды, компенсируют те потери, которые время от времени происходят в результате повреждения слоевищ или их отрыва от грунта.
