На дне пещеры Мовиле нет зелёных листьев. Нет травы, нет освещённого солнцем пруда, нет мха, ловящего дневной свет. И всё же вода и влажные проходы под юго-восточной Румынией поддерживают пищевую сеть, включающую пауков, пиявок и других беспозвоночных.
Пища начинается с микробов. Они используют химическую энергию, доступную под землёй, создавая органическое вещество, которым могут питаться другие организмы. В месте, где растение никогда не смогло бы вырасти, микробный рост помогает поддерживать жизнь животных.
Обнаруженная в 1986 году, Мовиле дала биологам возможность проследить, как пища создаётся и потребляется под землёй. Позднейшие исследования вышли за пределы воды, чтобы изучить микробов в сухих галереях пещеры.
Как создаётся пища в темноте
Большинство знакомых пищевых сетей начинаются с фотосинтеза. Растение использует солнечный свет для построения органических молекул, животное ест растение, а другое животное может съесть первое. Уберите свет — и этот путь к свежей пище исчезает.
Хемосинтез даёт другой путь. Некоторые микробы получают энергию через химические реакции и используют её для фиксации неорганического углерода в органическое вещество. Реакции различаются у разных организмов в зависимости от доступных химических веществ.
В Мовиле процессы, связанные с серой и метаном, помогают поддерживать микробный рост. Травоядные питаются микробным материалом, а хищники — более мелкими организмами. Поэтому обед паука можно проследить до химических реакций, происходящих глубоко под поверхностью.
Аналогичные процессы поддерживают сообщества у глубоководных гидротермальных источников и холодных просачиваний. Мовиле даёт исследователям гораздо меньшую подземную систему, в которой можно проследить химическую энергию через живую общину.
Доказательства, лежащие в основе пищевой сети
В своей статье в Science 1996 года Сербан Сарбу, Томас Кейн и Брайан Кинкл сообщили об изотопных данных по углероду и азоту, подтверждающих пищевую сеть, основанную на хемосинтетических микробных матах. На тот момент они описали 48 видов беспозвоночных, 33 из которых эндемичны для этой системы.
Это были данные о видах, опубликованные в 1996 году; исследования животных пещеры продолжались и после этого.
Изотопы — это формы одного и того же элемента с разной массой. Измерения их относительного содержания помогают исследователям прослеживать углерод и азот через пищевую сеть. Сравнение изотопных измерений потребителя с измерениями возможной пищи помогает проверить, чем он питался. Обнаружение животного рядом с микробным матом само по себе оставило бы этот вопрос без ответа.
Микробная жизнь в сухих галереях
Исследование осадков 2022 года расширило область изысканий. В декабре 2019 года исследователи отобрали пробы в семи местах, включая участки у воды и в верхних сухих галереях. Они секвенировали ДНК сообщества и реконструировали 106 микробных геномов среднего и высокого качества из смешанного генетического материала.
Гены указывали на потенциал фиксации углерода, использования метана, окисления серы и окисления аммиака. Компьютерные модели также предполагали возможный обмен соединениями между микробами. Химическое производство пищи может выходить за пределы плавающих матов, которые привлекали столько внимания в ранних исследованиях.
ДНК показывает, какие реакции эти сообщества, возможно, способны осуществлять. Модели исследуют, как микробы могут обмениваться питательными веществами. Чтобы выяснить, сколько пищи производит каждый путь, исследователям также понадобились бы измерения реакций, происходящих в пещере.
Откуда берётся «5,5 миллиона лет»
Мовиле часто описывают как пещеру, запечатанную на 5,5 миллиона лет. Исследовательская группа в GESS разделяет два события: формирование пещеры началось в позднем миоцене, около 5,5 миллиона лет назад, а слои глины и лёсса перекрыли её естественный доступ с поверхности в более позднем четвертичном периоде.
Грунтовые воды продолжают поставлять химические вещества, от которых зависит эта пищевая сеть. Пещера имеет долгую историю изоляции от поверхности наряду с активной подземной водной системой.
Это различие меняет и наше представление о животных. Возраст прохода говорит нам, когда сформировалась часть их среды обитания; он не говорит нам, когда прибыл или начал эволюционировать конкретный вид.
Живая система, требующая осторожного доступа
GESS описывает доступ через 18-метровый колодец и ограничивает исследовательские визиты для защиты пещеры. В её нижних проходах воздух беден кислородом и содержит необычные концентрации газов. Визиты требуют разрешения и тщательной защиты подземной среды.
Гигантские кристаллы в мексиканских пещерах Найка рассказывают другую подземную историю, связанную с ростом минералов и материалом, заключённым внутри кристаллов. В Мовиле исследователи могут проследить пищу через живую общину — от микробов до животных, которые ими питаются.
Паук, ждущий в темноте, всё равно зависит от еды. В Мовиле прослеживание этой еды в обратном направлении ведёт через более мелких животных и микробный рост к реакциям в воде и осадках пещеры. Солнечному свету вовсе не нужно достигать мира паука, чтобы там создавалась пища.
Источники и дополнительное чтение: Science (1996), исследование осадков (2022), GESS
Ваш комментарий