Это, можно сказать, самая грандиозная стройка, где архитекторами выступали живые организмы: её видно даже с Луны (Nilsen, 2006/2007). Почти 3000 отдельных рифов образуют этот гигантский тихоокеанский рифовый комплекс.
Количество различных биотопов в общей системе рифа неизмеримо. Здесь и пронизанные солнечным светом крыши рифа, его откосы, и отвесные рифы, атоллы, коралловые рифы вдоль береговой линии, и отдаленные от побережья рифы, лагуны, морские луга, гроты, пещеры и т.д. Все эти биотопы населяют, в зависимости от силы течения, света и наличия пищи, самые разные животные и водоросли. Здесь выживает сильнейший: в биотопе «коралловый риф» субстрата на всех не хватает, поэтому за него ведутся настоящие войны. Особым разнообразием «оружия» отличаются сидячие беспозвоночные.
Именно низкие концентрации неорганических питательных веществ и, следовательно, ограниченные источники питания заставили кораллы выработать новую стратегию выживания — удивительный и эффективный симбиоз со специальными водорослями.
Важными факторами, оказывающими влияние на коралловый риф, являются, к примеру, высокая интенсивность света тропического солнца, температура (оптимальное значение для рифообразующих кораллов — 25-26°С). интенсивная циркуляция воды за счет волн и течений, наличие карбонатов и кальция, источники пищи, как фито и зоопланктон, и крайне низкие концентрации неорганических питательных веществ (концентрации нитратов и фосфатов), которые, в свою очередь, могут ограничивать размножение фитопланктонных организмов и водорослей, и таким образом влиять на многочисленные пищевые цепочки.
Зооксантеллы — так называются симбиотические водоросли - являются крошечными одноклеточными организмами, живущими огромными колониями в ткани многих кораллов. На 1 см2 поверхности коралла приходится около 14 миллионов клеток водорослей (Sorokin, 1995). Все они выполняют функцию своеобразных электростанций, которые с помощью солнечного света производят органические соединения. Кораллы, образующие симбиотическую общность с зооксантеллами, принято называть зооксантелльными кораллами. Для роста им, естественно, нужен свет, но, с другой стороны, они не зависят от поиска других источников энергии, например, ловли планктона. Становится ясно, почему коралловые рифы занимают хорошо освещённые поверхностные районы тропических морей. Их «строители», зооксантелльные кораллы, для выживания нуждаются в свете: если его нет, они умирают от голода. В качестве дополнительного источника пищи зооксантелльные кораллы используют планктон, бактерий и растворённые в воде органические соединения. В комплексе все эти источники пищи гарантируют зооксантельным кораллам хорошие условия для роста и размножения, а это является основой возникновения пышных тропических рифов.
В качестве исходных материалов для фотосинтеза, как называют данный процесс, зооксантеллы используют углекислый газ и воду, имеющиеся в избытке в их среде обитания. Конечные продукты затем передаются животному-хозяину, то есть кораллу. Среди них глицерин, жирные кислоты и некоторые аминокислоты (Loya & Klein, 1997). Эти — по-научному — транслируемые соединения покрывают до 90% ежедневной потребности коралла в энергии (более подробно см. Brockmann, 2000).
С точки зрения химиков (Schuhmacher, 1982), описать синтез кальция у кораллов достаточно просто: из ионов кальция (Са2+) и гидрокарбоната (НСО3-) сначала возникает промежуточный продукт - гидрокарбонат кальция (Са(НСO3)2), а затем известняк (СаСO3) и углекислота (Н2СO3):
Са2+ + 2НСО-3 <—> Ca(HCO3)2<—> СаСО3 + Н2СO3
Возникшую в результате реакции углекислоту зооксантелпы используют вновь для фотосинтеза Лишь тесная взаимосвязь фотосинтеза и синтеза кальция делает возможным быстрый рост зооксантелльных кораллов. Так как водоросли потребляют выделяющуюся углекислоту, известняк выпадает в осадок и способствует быстрому наращиванию скелета.
За усиленное производство известняка у зооксантелльных кораллов отвечают симбиотические водоросли, находящиеся в их ткани. Поскольку они извлекают углекислоту из равновесной реакции, уравнение смещается вправо Это приводит к повышенному отложению известняка и быстрому росту скелета.
Количество ионов кальция и объём углекислоты, ежегодно расходуемое на производство известняка, огромны Каждый год на нормально обросшей крыше рифа кораллами производится 4±1 кг известняка на 1м (Barnes & Chalker, 1990). Это соответствует 1,76±0,44 кг углекислоты (СO2) на 1м2 ежегодно. В год общая производительность известняка составляет около 900 миллионов тонн и. соответственно, 400 миллионов тонн углекислоты и 500 миллионов тонн кальция.
Совсем по-другому протекают эти жизненно важные процессы у незооксантелльных кораллов, то есть тех видов, которые не образуют симбиоза с зооксантеллами. По причине их отсутствия эти кораллы растут намного медленнее, чем их зооксантелльные сородичи. Кроме того, чтобы выжить, им приходится ловить планктон. Вследствие этого они не зависят от источника света, но полностью зависят от силы течения, которое приносит планктонные организмы. Следовательно, незооксантельные кораллы находятся преимущественно в районах с сильным течением.
Они также адаптировались к биотопам, находящимся в полутени и темноте. Незооксантельные кораллы живут под навесами скал и в пещерах, то есть везде, где из-за отсутствия света не могут существовать быстро растущие зооксантелльные кораллы. Таким образом, у незооксантелльных кораллов в борьбе за субстрат нет конкурентов.
Теснота, ограниченная площадь коралловых рифов и невообразимо огромное количество животных привели к тому, что в процессе эволюции здесь между различными видами установились невероятнейшие по своим формам отношения. Перечислю кратко лишь некоторые из них: отношения «рыба-рыба» (например, симбиоз чистильщиков с другими рыбами) или «рыбы-актиния», симбиоз между раками-щелкунами и бычками и, не в последнюю очередь, «коралл-водоросли» — без этого симбиоза возникновение коралловых рифов было бы вовсе невозможно. Но и в наши дни практически ежедневно обнаруживаются и описываются новые интересные формы этих взаимоотношений. По многообразию форм и красок коралловые рифы можно было бы сравнить лишь с царством насекомых, а вот по набору тех уловок, которые используют морские хищники, чтобы поймать свою жертву, им точно нет равных. Так, к примеру, у рыб-удильщиков на голове, прямо перед ртом, формируются червеобразные отростки, шевеля которыми, они приманивают мелких голодных рыбок.
Особую роль играют маскировка и имитация. Расцветка и формы, скрывающие контуры животного, подражание ядовитый рыбам или имитация водоросли на морском лугу — всё это можно найти в коралловых рифах. Но за многим из этого можно наблюдать в домашнем биотопе под названием «морской аквариум».