За порогом вражды

На первых порах думали, что примеры подобного симбиоза уникальны. Однако, по мере того как биологи расширяли рамки своих интересов, примеры эти множились. Сейчас случаи симбиоза с водорослями известны чуть ли не среди всех крупных подразделений беспозвоночных животных — от простейших до оболочников. Водоросли обнаружены в теле амеб, инфузорий, радиолярий, флагеллят, многих губок, гидроидных полипов, сифонофор, медуз, кораллов, актиний, коловраток, мшанок, миогощетинковых червей, моллюсков…

Что же касается самих водорослей, то из их богатейшего царства к сожительству с животными оказалась способной лишь незначительная горстка видов. Зеленые симбиотические водоросли назвали зоохлореллами, желто-зеленые — зооксантеллами, а сине-зеленые — цианеллами. Сначала под каждым из этих названий мыслили один вид или в крайнем случае небольшую группу видов одного рода. Потом выяснилось, что это сборные понятия, объединяющие по нескольку разных родов. Зоохлореллы поселяются, как правило, в пресноводных животных. Среди них доминируют представители знаменитого рода хлорелла, того самого, на который еще недавно делали особую ставку в жизнеобеспечении космических полетов. Зооксантеллы кооперируются в основном с морскими организмами. Относятся эти водоросли к обширной группе панцирных жгутиконосцев, или динофлагеллят. Еще их называют перидинеями. Проникая под кожу своих хозяев, они не только сбрасывают жгутики и принимают округлую форму, но сплошь и рядом изменяют и свою окраску. Так, в радиоляриях и сифонофорах они ярко-желтые, в медузах — зеленые, а в кораллах и губках могут принимать самые различные цвета вплоть до красного и фиолетового. Наконец, цианеллы сожительствуют с самыми различными организмами, в том числе с другими водорослями.

Что происходит внутри клеток организма-хозяина?

Теперь, познакомившись с некоторыми зелеными животными, постараемся заглянуть, насколько это возможно, в их интимные отношения со своими квартирантами и вывести какие-то более общие принципы.

Мы знаем, что зеленые растения питаются углекислым газом и водой с растворенными в ней минеральными веществами. Хлорофилл, поглощая энергию солнечных лучей, синтезирует из этих веществ углеводы, из которых в основном и построены растения. При этом выделяется кислород. Такой тип питания, когда органические вещества создаются из неорганических, называют автотрофным. Животные на это не способны. Они питаются готовыми органическими веществами, которые в конечном счете получают от растений. Такой тип питания называют гетеротрофным. В процессе дыхания животные поглощают кислород и выделяют углекислый газ. Следовательно, основные потребности и обменные процессы растений и животных противоположны и призваны дополнить друг друга. Осуществление этих потребностей и образует самый большой круговорот веществ на Земле. Тот же принцип, естественно, лежит и в основе симбиоза растений с животными. Только в этом случае круговорот из планетарного становится сугубо интимным и как бы персонифицируется: теперь он не выходит за пределы организмов, связанных узами симбиоза. Но такое сужение масштабов с точки зрения экономической для живого только выгодно: не происходит потерь ценных материалов! Природа задолго до Цицерона осуществила его афоризм: Omnia mea mecum porto (Все свое ношу с собой).

Питание хозяев за счет фотосинтетической деятельности их зеленых симбионтов всего убедительнее было показано в экспериментах на зеленой гидре и инфузории парамециум бурсариа. В одной серии опытов гидр помещали в 0,5-процентный раствор глицерина и тем лишали их всех симбионтов. Почкование у таких гидр или вовсе прекращалось, или сильно замедлялось. А если их при этом ничем не кормили, они не могли так же долго голодать, как их нормальные родичи.

Чтобы узнать, как поглощают углекислый газ гидры с симбионтами и без них, пользуются радиоактивным изотопом углерода — С¹⁴. Оказалось, что часть ¹⁴СС₂, растворенного в воде, куда были помещены нормальные, зеленые, гидры, из воды перешла в их тело, тогда как обесцвеченные гидры этот газ не ассимилировали. Установили также, что 10–20 процентов ¹¹СО₂, усвоенного водорослями, вошло непосредственно в состав тканей их хозяина. А вот изучение созидательных способностей хлорелл показало, что если они ведут самостоятельную жизнь, то выделяют в окружающую среду от 0,4 до 7,6 процента продуктов своего фотосинтеза (в основном это сахар мальтоза). В случае же, если они поселились в парамеции (бурсариз), их отдача возрастает в несколько раз (максимально до 85 процентов). Только что извлеченные из зеленой гидры хлореллы выделяют до 40 процентов синтезированных ими органических веществ, главным образом глюкозы. Именно этими сахарами хлореллы и кормят своих хозяев.

Ну, а зооксантеллы, как было выяснено совсем недавно, синтезируют не сахар, а глицерин и выделяют для питания своим морским хозяевам до 40 процентов этого продукта.