Хадальные желоба, достигающие глубин более 6000 метров, остаются одними из наименее изученных и загадочных экосистем планеты. Их топография, уникальные физические и химические условия создают среду, в которой традиционно считалось, что жизнь существует лишь в скудном виде, живя за счет редких осадков органического материала с поверхностных слоев океана. Однако недавние исследования, проведённые в глубоководных Курильско-Камчатском и западном Алеутском желобах с использованием пилотируемого аппарата «Фендоуже», раскрыли удивительную картину – обширные и процветающие сообщества, основанные на хемосинтезе, живут на глубинах от 5800 до 9533 метров, что ставит под новый вопрос представления о биологических границах жизни в самом глубоком и экстремальном океаническом биоме. Хемосинтез — это процесс создания органических веществ микроорганизмами из неорганических соединений с выделением энергии, обычно в условиях отсутствия света и с использованием химических веществ, таких как водород, сероводород и метан. Эти микроорганизмы формируют основание пищевых цепочек в глубинных экосистемах, например, в гидротермальных источниках и холодных источниках.
Тем не менее, в хадальной зоне, с её огромным давлением и низкими температурами, подобные сообщества ранее встречались крайне редко. Сейчас же подтверждено, что во многих участках этих глубоководных желобов существуют масштабные сообщества, главным образом состоящие из представителей семейства Siboglinidae (трубчатые черви) и различных видов двустворчатых моллюсков, которые процветают благодаря хемосинтезу. Исследования показали, что эти сообщества получают энергию от потоков, насыщенных сероводородом и метаном, которые поднимаются вверх по разломам в осадочных слоях на дне желобов. Метан в этих местах образуется микробным путем - путем восстановления углекислого газа, происходящего из органического вещества, которое ранее осело в глубоких слоях осадков. Геологические особенности Курильско-Камчатского и Алеутского желобов, в частности наличие поднимающихся нормальных разломов, обеспечивают удобные каналы для миграции этих богатых химикатами флюидов к морскому дну, где они поддерживают жизнедеятельность хемосинтетических экосистем.
Обнаружено, что эти сообщества протянулись на расстояние от 2500 километров по оси желоба, что свидетельствует о том, что хемосинтетическая жизнь глубоко в океане может быть гораздо более распространённой, чем считалось ранее. В некоторых районах обитает большое количество табуна трубчатых червей с длиной трубок от 20 до 30 сантиметров, в плотных колониях, которые создают особую экосистему, вместе с разнообразными моллюсками, полихетами, ракообразными и другими организмами. Обнаружение таких сообществ на рекордных глубинах порядка 9,500 метров расширяет границы экстремофильной жизни, предположительно показывая, что биохимические и экологические адаптации к высоким давлениям и низким температурам достигают гораздо больших масштабов, чем раньше. Геохимические исследования подтвердили блестящую работу микробных метаногенных сообществ, которые генерируют метан в осадочных слоях, питающих хемосинтетические организмы. Мониторинг стабильных изотопов углерода и водорода в метане показал, что метан образуется в результате микробного восстановления CO2, а не в термогенном процессе.
Такие данные поддерживаются и анализами воды в порах осадков, демонстрирующими типичные химические профили, связанный с анаэробным окислением метана и восстановлением сульфатов, основными процессами, происходящими в условиях холодных источников. Особенностью этих глубоководных источников является также обнаружение уникальных минералов, таких как икаит — метастабильный гексагидрат кальция карбоната, образующийся в результате процессов окисления и минерализации в условиях холодного глубоководья. Размещение таких минералов в синергии с черными обводненными осадками дополнительно подтверждает сложные взаимодействия между геологией, химическими процессами и биологическими сообществами. Формирование холодных источников на дне хадальных желобов принципиально отличается от аналогичных процессов на более мелких глубинах, например, на аккрецированных призмах. Здесь основным источником выноса метановых флюидов являются не пойманные в субдукционных процессах осадки самого желоба: органическое вещество поступает из верхних слоев океана, а затем медленно скапливается в глубинных осадках.
Под действием давления и геологических процессах метановая фаза мигрирует по большим разломным зонам к поверхности дна, обеспечивая непрерывное поступление химической энергии. Высокая биомасса и плотность обитателей холодных источников, а также наличие разнообразных видов, заставляют по-новому воспринимать роль химической энергии в экологии глубинных океанов. Традиционные представления о питании организмов хадальной зоны в основном ассоциировались с горизонтальным переносом и падением органического детрита с поверхности. Сейчас же становится очевидным, что хемосинтезные процессы создают локальные центры энергоснабжения, которые поддерживают сложные пищевые сети и биологическое разнообразие в самых глубоких океанических впадинах. Кроме того, связи между различными сообществами, обнаруженными в Северной части Тихого океана, указывают на возможность существования глобальной сети редуцированных биоограниченных зон, объединяющих глубоководные желоба от Японского до Курильско-Камчатского и Алеутского.
Возможность распространения связанных видов среди таких удаленных экосистем ставит вопросы о миграции и эволюции организмов в экстремальных глубоководных условиях. Потенциальное наличие метаногидратов – кристаллических форм метана и воды – в глубоких слоев седиментов ещё более усложняет понимание углеродного цикла в океанах. Метановые залежи, удерживаемые в формах гидратов, могут выступать как долгосрочный резервуар углерода, влияя на процессы субдукции и глобальное климатическое равновесие. Учитывая обнаружение подобных условий в нескольких разных хадальных желобах, существует вероятность, что подземные метановые отложения, генерируемые микробными процессами, распространены гораздо шире, чем учитывалось ранее. Изучение подобных экосистем не только расширяет границы знаний о жизни в экстремальных условиях, но и даёт важные данные для понимания биогеохимических циклов и проявлений биосферы в масштабах планеты.
Эти исследования открывают новые перспективы для биотехнологий, а также для оценки влияния глубоководных экосистем на процессы глобального потепления, поскольку метан является мощным парниковым газом. В заключение, открытие процветающих хемосинтетических сообществ в самых глубоких точках хадальных океанических желобов меняет наше восприятие океанских глубин. Они доказывают, что жизнь способна адаптироваться и процветать в экстремальных условиях, питаясь химической энергией, в то время как геологические и биохимические процессы глубоко под дном океана играют ключевую роль в общем углеродном балансе планеты. Продолжение исследований и совершенствование технологий погружения, сбора и анализа данных обещают новые открытия, которые могут перевернуть представления о биосфере и её скрытых возможностях.
