Главный пигмент, обеспечивающий фотосинтез, — хлорофилл. Известно несколько его типов. У зеленых водорослей основным является хлорофилл a. Только он обладает фотохимической активностью. Остальные выполняют вспомогательные функции, собирая энергию солнечного света и передавая ее хлорофиллу. В качестве дополнительных пигментов зеленые водоросли используют хлорофилл b, диатомовые и бурые — хлорофилл c, красные — хлорофилл d. Обычные вещества растительных клеток — каротиноиды — используются как дополнительные пигменты. Они настроены на улавливание энергии световых волн иной длины, чем хлорофилл a. Дополнительные пигменты позволяют использовать в фотохимических реакциях до 95 процентов энергии солнечных лучей.
Фотосинтез — это процесс, с помощью которого зеленые растения и некоторые бактерии переводят энергию солнечных лучей в химическую форму, используя ее для синтеза углеводов из углекислого газа и воды. При этом из молекул воды высвобождается кислород, являющийся побочным продуктом фотосинтеза. Для восстановления одной молекулы углекислого газа и выделения одной молекулы кислорода нужно разрушить две молекулы воды, для чего необходима энергия 8 фотонов.
Висячие сады могут существовать лишь там, куда проникает достаточно света. Поверхность воды всегда отражает часть солнечных лучей. Даже в полдень, когда солнце находится в зените, а поверхность океана не тревожит и самая легкая зыбь, в воду проникает лишь 95 процентов света. В другое время дня или при волнении теряется до 30 процентов энергии солнечных лучей. Морские водоросли способны пользоваться ничтожными количествами света. Прозрачность воды оценивается в соответствии с глубиной, на которой еще виден белый диск диаметром в 30 сантиметров. Зона, где еще возможен фотосинтез, в 2,5 раза превышает эту величину. Светоулавливающие пигменты работают эффективно!
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.
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.