Tajemnice dna oceanu odsłonięte

ABY pojąć znaczenie tego, co zobaczyli uczeni z Alvina, musimy wiedzieć co nieco o budowie Ziemi. Uważa się, iż grunt pod naszymi stopami tworzy sztywna warstwa (zwana litosferą), która spoczywa na stopionej, wolno się przesuwającej masie skalnej. Ta zewnętrzna, sztywna warstwa kuli ziemskiej ma średnio około 100 kilometrów grubości i stanowi tylko jakieś 0,6 procent objętości planety. Najbardziej zewnętrzna część litosfery, skorupa ziemska, ma nierówną miąższość — pod kontynentami jest grubsza, a pod grzbietami śródoceanicznymi rozciąga się do głębokości zaledwie sześciu kilometrów.

Poza tym w przeciwieństwie do nieuszkodzonej skorupki jajka litosfera nie stanowi jednolitej całości, lecz jest utworzona z płyt — paru dużych i sztywnych oraz wielu mniejszych. To one są podstawą kontynentów i basenów oceanicznych. Płyty litosfery przemieszczają się względem siebie. W miejscach, gdzie się rozsuwają, litosfera się rozrywa, a w obrębie grzbietów śródoceanicznych powstają szczeliny ryftowe. W skali globalnej przeciętne tempo przesuwania się płyt wynosi około trzech centymetrów rocznie.

Jak zakłada teoria ruchu płyt litosfery, pomiędzy płyty rozchodzące się wzdłuż grzbietów wdziera się gorąca masa skalna z płaszcza Ziemi, czyli warstwy znajdującej się pod skorupą. Magma ta tworzy w strefie ryftowej nową skorupę oceaniczną; ów proces nie prowadzi jednak do stopienia płyt. Wprost przeciwnie, rozsuwają się one dalej, co sprawia, że ryft przypomina ogromną niegojącą się ranę.

W obrębie grzbietu śródoceanicznego płyta się rozrasta, a tymczasem jej przeciwny  brzeg powoli podsuwa się pod sąsiednią płytę i pogrąża w gorącym płaszczu Ziemi. Tam ulega stopieniu. Miejsce podsuwania się jednej płyty pod drugą nosi nazwę strefy subdukcji. W strefach subdukcji leżą najgłębsze rowy oceaniczne świata. Na przykład Rów Mariański, biegnący przez dno Oceanu Spokojnego niedaleko wybrzeża Guamu, ma przeszło 11 000 metrów głębokości. Gdyby umieścić w nim Mount Everest, najwyższą górę na powierzchni Ziemi, jej szczyt znajdowałby się jeszcze 2000 metrów poniżej poziomu morza!

Oaza — toksyn!

Ponieważ system grzbietów śródoceanicznych, okalający kulę ziemską, charakteryzuje się dużą niestabilnością i wzmożonym wulkanizmem, w jego obrębie występują liczne potoki lawy i wyloty hydrotermalne. Z tych drugich bije toksyczna, przegrzana mieszanina wody i rozpuszczonych minerałów z wnętrza Ziemi. Rzecz zdumiewająca, ale owo niegościnne środowisko, gdzie ciśnienie setki razy przekracza ciśnienie na poziomie morza, nie odstrasza żywych istot, lecz je przyciąga — i to w obfitości! Wśród setek gatunków mieszkających w tych oazach hydrotermalnych znajdują się bakterie, olbrzymie małże mające nawet 30 centymetrów długości i — najbardziej osobliwe — ławice rurkoczułkowców o krwistoczerwonych pióropuszach. Te mocno osadzone w dnie stworzenia osiągają nawet dwa metry długości.

Organizmy z oaz hydrotermalnych wydobyte na powierzchnię cuchną jak zgniłe jaja.  Przyczyną tej odrażającej woni nie jest proces rozkładu, lecz siarkowodór — silnie trujący związek chemiczny, który w wylotach hydrotermalnych występuje w dużych ilościach. Dodatkowo woda bijąca ze źródeł ma silnie kwaśny odczyn i zawiera wiele metali, między innymi miedź, magnez, żelazo i cynk. W tym środowisku, przyrównywanym do wysypiska toksycznych odpadów, rurkoczułkowce i pozostałe organizmy nie tylko potrafią utrzymać się przy życiu, ale wręcz mają się doskonale! Jak to możliwe? Żeby to zrozumieć, dowiedzmy się o rurkoczułkowcach czegoś więcej.

Żyjąca zagadka

Biolodzy badający rurkoczułkowce uznali je za żyjącą zagadkę. Stwierdzili, że zwierzęta te nie mają otworu gębowego ani przewodu pokarmowego. Powstało zatem pytanie: W jaki sposób przyjmują i przyswajają pożywienie? Wkrótce potem dokonano zdumiewającego odkrycia: rurkoczułkowce mają krew — nie jakiś krwiopodobny płyn, lecz prawdziwą, bogatą w hemoglobinę krew, która krąży po ich ciele i pierzastych pióropuszach.

Kiedy biolodzy otworzyli wiotkie, workowate ciało rurkoczułkowca, pojawiło się jeszcze więcej niewiadomych. Jego tkanki wypełnione były bakteriami — na jeden gram przypadało około 10 miliardów bakterii! W roku 1980 pewna studentka biologii wysnuła przypuszczenie, że rurkoczułkowce żyją w symbiozie, która polega na współżyciu z obopólną korzyścią organizmów dwóch różnych gatunków. Badania potwierdziły tę hipotezę — wykazały, iż rurkoczułkowce karmią zasiedlające ich ciało bakterie, te zaś karmią swych gospodarzy.

Pióropusze rurkoczułkowców, tak jak skrzela, pobierają z otoczenia składniki potrzebne bakteriom do wytworzenia pokarmu, na przykład tlen czy węgiel. Pióropusze nie falują bezpośrednio w gorącym strumieniu wydobywającym się z wylotu, co byłoby równoznaczne z samobójstwem, lecz w pobliżu miejsca, gdzie miesza się on z lodowatą wodą morską. Oczywiście cały proces wytwarzania pokarmu wymaga energii. Na powierzchni Ziemi, a także w górnych partiach oceanu, energii do produkcji żywności dostarcza światło słoneczne, które stymuluje wzrost roślin. Ale do strefy abisalnej, gdzie żyją rurkoczułkowce, światło nie dociera.

Energia z wnętrza Ziemi

W swej mądrości Stwórca zadbał o to, by niezbędna energia docierała z wnętrza Ziemi za pośrednictwem wylotów hydrotermalnych oraz wspomnianego już cuchnącego siarkowodoru. Siarkowodór, odgrywający rolę „światła słonecznego” oaz hydrotermalnych, stanowi źródło energii niezbędnej bakteriom do produkcji pożywienia. Z kolei bakterie pełnią funkcję „roślin”, ponieważ są pierwszym ogniwem łańcucha pokarmowego w tym ekosystemie. *

Aby bakterie mogły otrzymać wszystkie potrzebne im substancje chemiczne, cząsteczki hemoglobiny we krwi rurkoczułkowców są 30 razy większe niż we krwi ludzkiej. Krew dostarcza owe substancje głodnym bakteriom, a te z kolei produkują pokarm dla rurkoczułkowców.

Bogactwo życia w oazach hydrotermalnych!

Żaden z mieszkańców oaz hydrotermalnych nie powinien cierpieć na brak pokarmu, gdyż bakterie znajdują się tam niemal wszędzie — miejscami tworzą kilkunastocentymetrowe kożuchy! Nawet w ciepłych zawirowaniach nad wylotami formują niekiedy wielkie kłębowiska, przypominające coś w rodzaju żywego bulionu. Niektóre zwierzęta, podobnie jak rurkoczułkowce, żyją z bakteriami w symbiozie, natomiast inne bezpośrednio je zjadają. Oazy hydrotermalne są tak produktywne i wydajne, że porównuje się je ze słonymi bagnami, deszczowymi lasami równikowymi i szelfowymi rafami koralowymi.

W oazach hydrotermalnych zidentyfikowano już jakieś 300 nowych gatunków organizmów żywych. Są wśród nich ogromne białe  małże (w świecie wiecznych ciemności pigment jest zbyteczny), między innymi omułki, ośmiornice i żarłoczne białe kraby, które bardzo lubią zjadać delikatne pióropusze rurkoczułkowców. Te ostatnie w obronie szybkim odruchem chowają pióropusz do rurki.

Wokół wylotów hydrotermalnych żyją też pająki morskie, ślimaki, krewetki z gatunku Chorocaris vandoverae, przedstawiciele rodzin Acmaeidae i Patellidae, widłonogi, podobne do węgorzy ryby, które pełzają po powierzchniach obfitujących w bakterie i siarkę, mniejsze gatunki rurkoczułkowców i inne wieloszczety. Do tych ostatnich należy gatunek Saxipendium coronatum, przypominający porozwieszane na skałach garstki białych nitek makaronu. Kolejny osobliwy organizm to Alvinella pompejana, który wytrzymuje temperaturę dochodzącą do 80°C! Oczywiście pokrywające go bakterie również tolerują wysokie temperatury. *

Zagadkowe światło!

W roku 1985 uczeni ze zdziwieniem odkryli, że w pobliżu wylotów hydrotermalnych żyją krewetki mające dwa organy wzroku — bez soczewek, ale wyposażone w substancje światłoczułe. Rzecz jasna od razu powstało pytanie: Cóż takiego mogą zobaczyć krewetki w świecie nieprzeniknionych ciemności? Żeby znaleźć odpowiedź, badacze posłużyli się bardzo czułym aparatem cyfrowym, który jest wykorzystywany do fotografowania nikło świecących gwiazd. Skierowali obiektyw na wylot, wyłączyli wszystkie światła i zrobili zdjęcie.

 Wynik był zdumiewający. Zdjęcie ukazało „żywą, wyraźną łunę o ostro zarysowanej krawędzi” w miejscu, gdzie strumień gorącej wody wydobywał się z komina — mówi uczona Cindy Lee Van Dover. Czy krewetki wykorzystują to zagadkowe światło, niedostrzegalne ludzkim okiem? Tak czy inaczej, odkrycie, że wyloty hydrotermalne się jarzą, „otwiera zupełnie nowe obszary badań” — dodaje pani Van Dover.

Największe i najmniejsze

Niedawno stwierdzono, że obfitujące w metan dno morskie jest mieszkaniem największych bakterii znanych nauce. Te olbrzymie drobnoustroje, odkryte w roku 1997, przypominają sznur korali i od 100 do 200 razy przerastają rozmiarami przeciętną bakterię. Są też wyjątkowo żarłoczne — w osadach dennych pozostawiają tylko śladowe ilości toksycznych siarczków, dzięki czemu mogą tam bezpiecznie mieszkać inne stworzenia morskie.

Natomiast pięć kilometrów pod dnem natrafiono ostatnio na coś, co może się okazać najmniejszym żywym organizmem na naszej planecie! Jak napisano w dzienniku The New York Times, owo odkrycie dokonane u wybrzeży Australii Zachodniej jest „tak osobliwe, że zapoczątkowało burzliwą debatę na forum międzynarodowym”. W całej sprawie chodzi głównie o to, czy nanoby — nazwane tak, gdyż mierzy się je w nanometrach, czyli miliardowych częściach metra — są organizmami żywymi. Przypominają grzyby, mają prawie taką samą wielkość jak wirusy, posiadają DNA i najwyraźniej szybko się mnożą, tworząc zwarte kolonie.

 Obecnie odkrywa się tak dużo żywych organizmów, że zdaniem wielu uczonych masa drobnoustrojów występujących w skorupie ziemskiej może znacznie przewyższać masę wszystkich istot żyjących na powierzchni! Ma to rewolucyjne znaczenie dla nauki. Pewien uczony oświadczył: „W ciągu ostatnich paru lat w mikrobiologii odrzucono dogmatyzm. Ta dziedzina sama odkrywa się na nowo. W gruncie rzeczy to pionierska nauka”.

W dodatku te naprawdę doniosłe odkrycia uczą nas czegoś, co wykracza poza sferę nauki. Biblia tak ujmuje istotę owej wiedzy: „Niewidzialne przymioty [Boga] (...) są wyraźnie widoczne już od stworzenia świata, gdyż dostrzega się je dzięki temu, co zostało uczynione” (Rzymian 1:20). Bóg na przykład przywiązuje dużą wagę do czystości. Wystarczy się przyjrzeć bakteriom i innym organizmom morskim, które pomagają zneutralizować wiele potencjalnych trucizn pochodzących z wnętrza Ziemi lub z rozkładającej się materii opadłej z powierzchni oceanu. Bóg niewątpliwie troszczy się o stan naszej planety i zdrowie wszystkich żyjących na niej istot. Jak wykaże następny artykuł, ta cecha osobowości Stwórcy gwarantuje wspaniałą przyszłość każdej formie życia na Ziemi.

[Przypisy]

 [Ramka i ilustracja na stronie 7]

Co to są wyloty hydrotermalne?

Wzdłuż grzbietów śródoceanicznych, charakteryzujących się intensywnym wulkanizmem, woda morska przeciska się przez szczeliny w skorupie do miejsc, gdzie panują nadzwyczaj wysokie temperatury. Przegrzewa się tam, po czym wchodzi w reakcje ze skałami i rozpuszcza szereg substancji chemicznych. Gdy zaczyna podnosić się do dna morskiego, tworzy wyloty hydrotermalne, czyli gorące źródła (gejzery). „Pod względem mocy i widowiskowości niewątpliwie dorównują one swym lądowym odpowiednikom” — czytamy w pewnym opracowaniu.

Te podmorskie źródła mogą osiągnąć temperaturę 400°C, a więc wyższą od temperatury topnienia ołowiu! Ale ciśnienie wywierane przez znajdujące się nad nimi kilometry wód oceanicznych nie pozwala tej przegrzanej cieczy zamienić się w parę. Rzecz ciekawa, tuż obok gorącego strumienia temperatura morza jest zazwyczaj tylko o kilka stopni wyższa od punktu zamarzania. Substancje mineralne wydobywające się z szybko stygnących strumieni osadzają się na dnie, gdzie tworzą stożki i kominy, nierzadko dziesięciometrowe. Odkryto nawet komin o wysokości 45 metrów i średnicy prawie 10 metrów, który wciąż rósł!

Wyloty hydrotermalne to się uaktywniają, to znów zamierają, co sprawia, że los istot żyjących wokół nich jest bardzo niepewny. Jednakże niektóre stworzenia migrują do innych wylotów, dzięki czemu udaje im się przetrwać.

[Prawa własności]

P. Rona/OAR/National Undersea Research Program

[Ramka i ilustracja na stronie 10]

Płonący lód!

W latach siedemdziesiątych uczeni pracujący u wybrzeży Ameryki Północnej zaczęli odkrywać złoża niezwykłej substancji zwanej hydratem metanu, która stanowi połączenie zamarzniętej wody i palnego gazu, metanu. Metan wydzielają do mułu pewne mikroorganizmy żywiące się osadami materii organicznej pochodzącej z wyższych warstw oceanu. Gdy ów gaz zetknie się z wodą bliską zamarznięcia, powstają kryształy hydratu. Przypominają one maleńkie lodowe klatki, w których zamknięty jest metan. Aby mogły się uformować, temperatura wody powinna tylko nieznacznie przekraczać temperaturę zamarzania, a dno morskie musi znajdować się na głębokości przynajmniej 500 metrów pod wodą. W takich warunkach kryształy hydratu metanu rosną, tworząc podobną do śniegu, pieniącą się substancję. Jej bryłka, wydobyta na powierzchnię i zapalona, świeci czerwonawym płomieniem. Ostatecznie pozostaje z niej trochę wody.

Hydrat metanu stanowi bogate źródło energii. Uczeni szacują, że jego złoża mniej więcej dwukrotnie przewyższają złoża wszystkich innych paliw kopalnych razem wziętych! (Do paliw kopalnych należą węgiel, ropa naftowa i gaz ziemny, którego głównym składnikiem również jest metan). Niestety, jak dotąd nie możemy wykorzystać tych ogromnych zasobów, gdyż po opuszczeniu swego pierwotnego środowiska hydrat metanu szybko ulega rozkładowi.

W pokładach hydratu metanu też znajdują się wyloty i kominy, ale w przeciwieństwie do gorących źródeł występujących w obrębie grzbietów śródoceanicznych tryskają one zimną cieczą. Ponieważ jednak wyloty te uwalniają toksyczne smugi zawierające metan, siarkowodór i amoniak, umożliwiają życie kwitnącym koloniom rurkoczułkowców, małży i bakterii chemoautotroficznych oraz innym organizmom. Z substancji wydalanych przez bakterie czerpiące energię z metanu tworzy się wapień — ta sama nieszkodliwa substancja, z której zbudowany jest szkielet koralowców. *

[Przypis]

[Ilustracje na stronach 4, 5]

[Patrz publikacja]

Skorupa ziemska

Płaszcz (częściowo płynny)

Rów

Strefa subdukcji

Płyta litosferyczna

Ryft

Kiedy płyty się rozsuwają, powstają szczeliny ryftowe

[Ilustracja]

System grzbietów śródoceanicznych oplata kulę ziemską niczym szwy piłeczkę tenisową

[Prawa własności 5]

NOAA/​Department of Commerce

[Mapa na stronie 7]

[Patrz publikacja]

Ważniejsze ryfty i rowy oceaniczne

1. Rów Mariański

2. Wyniesienie Wschodniopacyficzne

3. Ryft Galapagos

4. Grzbiet Śródatlantycki

[Prawa własności]

NOAA/Department of Commerce

[Ilustracja na stronie 8]

Omułki

W Zielonym Kanionie Zatoki Meksykańskiej omułki żyją na głębokości kilometra

[Prawa własności]

J. Brooks/OAR/National Undersea Research Program

[Ilustracja na stronach 8, 9]

Rurkoczułkowce

Ich delikatne pióropusze są wypełnione krwią o dużej zawartości hemoglobiny

 [Prawa własności]

OAR/National Undersea Research Program

[Ilustracja na stronie 9]

Kraby

Zwierzęta te lubią żerować na rurkoczułkowcach

[Prawa własności]

I. MacDonald/OAR/National Undersea Research Program

[Ilustracja na stronie 9]

Olbrzymie małże

Mogą mieć 30 centymetrów długości, a znaleziono je na głębokości 3 kilometrów

[Prawa własności]

A. Malahoff/OAR/National Undersea Research Program

[Ilustracja na stronie 9]

Małże wydobyte na powierzchnię

[Prawa własności]

Zdjęcie: William R. Normark, USGS

[Ilustracja na stronie 9]

Krewetki

Niektóre mają dwa organy wzroku. Co jednak mogą zobaczyć w nieprzeniknionych ciemnościach?

[Prawa własności]

EMORY KRISTOF/NGS Image Collection

[Ilustracja na stronie 11]

Nanoby

Czyżby najmniejsze żywe organizmy na Ziemi?

[Prawa własności]

Dr. Philippa J. R. Uwins/University of Queensland