Кам'яні сади океану: як утворюються і живуть коралові рифи

За старих часів корали вважалися особливими істотами, що з'єднують у собі риси всіх трьох царств природи — тваринного, рослинного та мінерального. Справді, кораловий риф схожий на химерні дерева та кущі. Доторкнувшись до них, здається, що вони муровані. А придивившись уважніше, людина помічає, що замість листя чи квітів вони вкриті незліченною безліччю крихітних істот, чиї щупальця перебувають у постійному русі, вишукуючи у воді щось їстівне.

Зазвичай, кажучи «корали», якщо йдеться не про коштовності, ми маємо на увазі так звані мадрепорові (кам'янисті) корали — найбільшу групу рифових поліпів. Їх налічується близько 2500 видів. Як і всі корали, мадрепорові належать до типу кишковопорожнинних - одному з найбільш просто влаштованих серед багатоклітинних. Він включає досить багато різноманітних, часом химерних форм організмів, у яких загальна схема будови однакова: мішок з двох шарів живої тканини, вхідний отвір якого забезпечено більшою або меншою кількістю щупалець.

Незважаючи на такий простий пристрій, багато кишковопорожнинних володіють досить ефективними органами почуттів і здатні до активного плавання, але тільки не мадрепорові корали. Вони рухливі тільки на ранньому етапі своєї біографії — на стадії мікроскопічної личинки, єдиним завданням якої є пошук місця для прикріплення. Їм може виявитися і камінь, і підводна скеля, і корпус корабля, що затонув, і мертві ділянки вже існуючих коралових чагарників.

Зодчі рифа

Прикріпившись, личинка перетворюється на маленького поліпа, підошва якого відразу починає формувати скелетну платівку з вуглекислого кальцію. Товщина платівки постійно зростає, вгору від неї починають підніматися скелетні перегородки, які розділяють тіло поліпа на кілька радіальних секторів. В результаті зрілий організм виглядає як тонка плівочка живої тканини, натягнута на сильний вапняний скелет.

Зіркоподібні структури на поверхні колонії коралу Agaricia Agaricites – це не поліпи, а скупчення піщин. Поліпи набагато дрібніші і сидять рядами в борозенках між гребенями

Серед мадрепорових коралів є і любителі самотнього життя, але переважна більшість їх колоніальні: вони селяться разом, зливаються воєдино, утворюючи ті химерні форми, які викликають наше захоплення. В одних видів вони кулясті, в інших — нагадують кущі, у третіх — виглядають як плоскі гратчасті плити, у четвертих — це складчасті поверхні складної форми, що нагадують чи то деякі наземні гриби, чи абстрактні скульптури.

Є види, колонії яких схожі на качан цвітної капусти або людський мозок, розділений довгими звивистими борознами. Якщо придивитися до такої борозни, то можна помітити, що по її центру проходить суцільна щілина — лінія ротів окремих поліпів, що злилися докупи, вздовж якої рядами сидять щупальця. У мозковиків (так називають ці корали) процес об'єднання захопив як скелети, а й самі тіла поліпів. Виділити всередині такої колонії окремих особин неможливо - вона вся є єдиним організмом.

Серед рифоутворюючих коралів зустрічаються і з м'яким скелетом - такі, як цей Sarcophyton Trocheliophorum з групи альцінарієвих, що нагадують на дотик пружну губку

Саме колоніальним видам мадрепорових коралів ми зобов'язані існуванням знаменитих коралових рифів. Здається неймовірним, що крихітні (зазвичай 1-5 міліметрів у діаметрі) грудочки живої слизу можуть створювати такі масштабні, геологічного розміру структури. Так, довжина Великого Бар'єрного рифу, що простягся вздовж східного берега Австралії, становить близько 1430 миль (приблизно 2300 кілометрів), а загальна площа коралових рифів у Світовому океані сьогодні досягає 284 000 квадратних кілометрів (втім, за даними вчених, ще більше).

У створенні цих велетенських утворень зазвичай беруть участь різні види коралів, а також представники інших типів безхребетних сидячих (насамперед мшанки) і навіть особливі вапняні водорості. Але основу рифу завжди становлять саме мадрепорові корали: за їх відсутності жодні інші морські організми не утворюють великих рифів.

Вгору та в сторони

З давніх-давен натуралісти розрізняли три основних типи рифів: оздоблювальні (берегові), бар'єрні та атоли. Окаймляющий риф розташовується безпосередньо біля берега, одним краєм примикаючи до нього. Бар'єрний теж тягнеться вздовж берегової лінії, але між ним і берегом залишається досить глибока протока.

Найзагадковішим виглядає атол: посеред океану, часто далеко від будь-яких берегів височіє риф майже правильної кільцеподібної форми з мілководною лагуною всередині. Часто гребінь такого рифу піднімається над поверхнею моря, утворюючи низький і вузький острів-кільце зі скудною рослинністю.Надводна його частина складається з коралового піску - дрібних уламків скелетів коралів, а верхня частина острова покрита тонким шаром ґрунту.

Загадку виникнення різних типів коралових рифів дозволив не хто інший, як Чарлз Дарвін. Він звернув увагу на те, що корали можуть жити лише у верхньому шарі океану: види, здатні до масового рифоутворення, рідко зустрічаються глибше 50 метрів. Улюблені їх глибини — від 30—40 метрів до приповерхневого шару.

Дарвін міркував так. Припустимо, з океанського дна піднявся вулканічний острів-гора, вершина якого трохи височить над водою. Її підводні схили до відомої глибини відразу будуть заселені всюдисущими личинками коралів. Розростаючись, вони утворюють типовий береговий риф, безпосередньо з'єднаний із островом. Але що буде, якщо дно тут опускатиметься або почне підніматися рівень моря? Корали будуть змушені надбудовувати свої колонії нагору.

Тим часом нижня частина рифу, опинившись на надто великій глибині, поступово відмиратиме. У невигідному становищі виявиться і внутрішня частина, що примикає до берега: адже їжу мешканцям рифу приносить океан і внутрішнім ділянкам дістаються лише залишки зі столу зовнішніх. До того ж зовнішня кромка рифу розбиває хвилю прибій, що погіршує постачання внутрішніх ділянок киснем.

Поступово ця частина рифу стає місцем проживання менш вибагливих, а й повільніше зростаючих видів коралів. Кромка ж рифу росте стрімко: за сприятливих умов гіллясті корали можуть давати 20—30 сантиметрів приросту на рік. У міру відставання зростання внутрішньої частини від зовнішньої риф хіба що відсувається від нової берегової лінії, цим перетворюючись з берегового на бар'єрний.Нарешті, якщо опускання дна зайшло так далеко, що колишній острів зовсім зникає під водою, пам'ятником йому залишається атол — кільцевий кораловий риф із мілководною лагуною всередині.

Зрозуміло, що весь цей процес у природі ніхто не спостерігав. Однак коли вчені отримали можливість пробурити свердловини на атолах, виявилося, що під ними лежать багато сотень метрів коралових вапняків — спресованих скелетів попередніх поколінь коралів. Тільки на глибинах 600-1400 метрів (тобто далеко за межами придатних для коралів глибин) вони змінювалися вулканічними породами. Вік останніх становив 25-50 мільйонів років. І весь цей час над ними безперервно наростали нові й нові верстви коралів.

Життя на лезі бритви

Така довговічність рифів видається дивовижною. Справа в тому, що корали надзвичайно вимогливі не лише до глибини. Більшість рифоутворюючих видів не живуть там, де температура води хоча б іноді опускається нижче 20 °С. Щоправда, корали Аравійського та Червоного морів пристосувалися переживати короткочасні зниження температури до 16 °С, але нижче за цю позначку гинуть і вони.

(Відомо один виняток: холодноводний корал лофелія, що утворює великі рифи на шельфі Норвегії, причому на граничній для коралів глибині — майже 200 метрів. Але лофелія ніколи не зустрічається в теплих морях, утворюючи ніби паралельний тропічним рифам світ.) 29 °С корали переносять погано: вони хворіють і, якщо перегрів виявляється занадто довгим або регулярним, гинуть.

На відміну від тропічних коралів, у поліпах холодноводних коралів немає симбіотичних водоростей, тому для виживання їм не потрібне сонячне світло – вони харчуються за рахунок захоплення їжі з навколишньої води

Такі ж чутливі корали щодо солоності води: найбільше їм підходить нормальна океанічна солоність — близько 3,5%. Перевищення цієї величини поліпи ще можуть витримати (а червономорські види постійно живуть у воді солоністю 3,8—4%), але будь-яке, навіть найкоротшечасне розпресування, тягне за собою їх негайну загибель.

Деякі особливі види, що мешкають на гранично малих глибинах, під час найглибших відливів ненадовго опиняються над поверхнею води. Вони пристосувалися переносити цю екстремальну ситуацію: в одних видів поліпи можуть глибоко втягуватися всередину масивних колоній, в інших сама колонія має форму чаші, всередині якої вода залишається під час відливу. Але якщо в цей час над рифом іде дощ, то він убиває і цих спартанців.

Непереносимість розпресування - одна з причин того, що коралові рифи ніколи не виникають поблизу гирла великої річки. Інша полягає в тому, що види-рифобудівники можуть жити лише у чистій воді. Види, що успішно живуть у замулених водах, утворюють лише окремі колонії, що не зливаються у риф. (Відкритий у 2016 році риф, що простягся на 700 км навпроти гирла Амазонки, по-справжньому здивував учених; виявилося, що риф залягає на глибині 30-120 м, і прісна річкова вода з осадовою суспензією проноситься поверх нього. Прим. ред.)

З урахуванням всього сказаного можна тільки дивуватися, як настільки примхливим істотам вдалося взагалі дожити до нашого часу. Однак кораловий риф — не просто безліч поліпів та їх вапняних споруд, це найскладніша біологічна система, здатна до саморегуляції та відновлення.

Підводний ковчег

На здоровому рифі коралові поліпи найчастіше забарвлені в зелений або зеленувато-жовтий колір.Цю забарвлення їм надають одноклітинні водорості зооксантелли, які у багатьох живуть прямо всередині тканин прозорого поліпа. Вони виконують роль свого роду «молочної худоби», виробляючи надлишку цукру та інші органічні речовини, які поглинаються клітинами поліпа.

Деякі корали (альцінієві) настільки поклалися на своїх квартирантів, що взагалі розучилися харчуватися самостійно: не реагують на звичайну для поліпів їжу (мікроскопічних планктонних тварин), а при тривалому перебуванні у темряві, де неможливий фотосинтез, гинуть.

Колонії коралів є природною опорою для безлічі сидячих тварин. Морська лілія Oxycomanthus Bennetti оселилася на горгонаріївному коралі Ctenocella pectinata

Однак для більшості рифоутворюючих видів їжа, що надходить від зооксантел, - лише підживлення. Набагато важливіше їм те, що водорості удосталь виробляють кисень і поглинають продукти азотистого обміну. Причому те й інше відбувається прямо по всьому тілу поліпа, позбавляючи його всіляких турбот про органи дихання, виділення та транспортування речовин. Більшість мадрепорових коралів можуть жити і без зооксантел, але тільки у вигляді окремих колоній, без утворення рифів, в яких безліч поліпів миттєво поглинуло б весь кисень і отруїло б себе продуктами власного метаболізму.

У тропічній частині Світового океану, загалом бідної біогенними елементами (азотом, фосфором, калієм і т. д.), співдружність поліпів і водоростей виявилася своєрідним фільтром, що відціджує дорогоцінні речовини з навколишніх вод і замикає їх подальший оборот всередині рифу.Це перетворює риф на квітучий оазис в океанській пустелі: біологічна продуктивність квадратного метра рифів у 100 разів більша, ніж у навколишніх водах, і в 4-8 разів більша, ніж у морях помірної зони.

Не дивно, що в цих райських підводних садах знаходиться місце не тільки їхнім творцям, але й тисячам і десяткам тисяч видів різних морських істот: риб, ракоподібних, молюсків, губок, кільчастих черв'яків, голкошкірих... За різноманітністю видів кораловий риф, що населяють його, може зрівнятися тільки з дощовим тропічним лісом, серед водних екосистем він не має суперників.