Хадальные желоба, достигающие глубин более 6000 метров, долгое время оставались загадкой для ученых. Эти узкие, глубоко врезанные в океаническое дно структуры подрядно-сейсмически активны и обладают уникальными геологическими условиями. Ранее считалось, что жизнь в таких экстремальных условиях крайне ограничена и зависит исключительно от органического вещества, падающего с поверхности океана. Однако новейшие исследования, проведенные в Курильско-Камчатском и западном Алеутском желобах, изменили этот взгляд, подтвердив существование процветающих хемосинтетических сообществ, питающихся химической энергией, а не солнечным светом. Открытие глубоководных хемосинтетических экосистем стало возможным благодаря экспедиции на борту исследовательского судна «Тань Суой Яо» и использованию человека-обитаемого аппарата Fendouzhe, способного погружаться на глубину почти 11 километров.
Во время многочисленных погружений ученые обнаружили обширные сообщества, растянувшиеся на 2500 километров по линии желобов, от 5800 до 9533 метров глубины. Главными обитателями этих сообществ оказались трубчатые черви семейства Siboglinidae и различные моллюски, в частности двустворчатые. Уникальные условия, создающие эти сообщества, связаны с наличием в глубоких слоях осадочных пород богатых на гидроген сульфид и метан преимуществ. По данным изотопного анализа, метан был выработан микробами, которые преобразуют погруженное органическое вещество. Этот процесс происходит в глубине осадков, а газ мигрирует вверх по тектоническим трещинам, достигая морского дна через разломы и создавая гидротермальные источники нового типа – холодные термальные выходы, или холодные фонтаны.
Поразительно, что эти сообщества сбалансированы и функционируют в условиях огромного давления и низких температур, что заставляет ученых пересмотреть существующие модели экстремальных экосистем. Ранее считалось, что химическое питание в пределах хадальной зоны крайне редкое и маломощное, но выяснилось, что химосинтез играет центральную роль в поддержании биомассы и биоразнообразия на таких глубинах. Особенности биоты также впечатляют: трубчатые черви достигают длины до 30 сантиметров и занимают участки морского дна, покрытого черными илом и осадками с высокой концентрацией железосерных соединений. Моллюски, такие как вездесущие vesicomyid clams, образуют плотные скопления, в которые встроены и другие представители фауны, включая многообразных полихетных червей и моллюсков. Геологическое строение желобов способствует накоплению органических веществ в трещинах и понижениях морского грунта.
В совокупности с активной тектоникой, обеспечивающей появление нормальных разломов, это создает идеальные условия для накопления и миграции метана и сероводорода. В таких природных лабораториях микроорганизмы имеют доступ к богатой химической энергии, что служит базой питания для сложных многоклеточных организмов. Метан, по-видимому, образуется путем микробного восстановления диоксида углерода, разлагающего органическое вещество, а не через процессы термогенного происхождения. Изотопные данные подтверждают биохимическую природу газа с характерными для такого метана значениями содержания углерода и водорода. На таких глубинах метан может находиться в газогидратной форме, что снижает его подвижность, однако через трещины и разломы он поднимается в зону во взаимодействии с морской водой и осадками, проявляясь в виде холодных выпадов и стимулируя биосинтетические цепи.
Эти открытия открывают новую страницу в изучении глубинных экосистем и глобального углеродного цикла. Хадальные метановые источники представляют собой не только уникальные биотопы, но и важный резервуар углерода, что необходимо учитывать при моделировании глобальных климатических процессов и изучении биогеохимии океана. Кроме того, присутствие метаногидратов на таких глубинах расширяет потенциальные ресурсы природного газа. Хемосинтетические сообщества в этих условиях не являются изолированными локалитетами. Появились свидетельства налаженной биогеографической связи с другими глубоководными желобами Тихого океана — Японским и Марианским.
Общие видовые группы и схожие экосистемы говорят о возможности рассматривать эти глубинные экосистемы как часть единой сети, протянувшейся вдоль сейсмически активных регионов. Жизнь в таких экстремальных условиях демонстрирует удивительную адаптивность организмов. Влияние высокого давления, низких температур и химического состава среды диктует особые физиологические и биохимические параметры, отличающиеся от приповерхностных экосистем. Ученым предстоит подробно исследовать адаптации таких организмов, чтобы понять их биологическую и экологическую роль, а также потенциал к выживанию в условиях изменения климата и загрязненности глубин океана. Выводы, сделанные в ходе последней экспедиции, меняют традиционное представление о была ли жизнь в самых глубоких точках океана исключительно лишь примитивной или разрозненной.
Напротив, присутствие биомасс высокого порядка, устойчивых сообществ и их активное участие в углеродном цикле подчеркивают значимость хемосинтеза как источника энергии в глубоководных экосистемах. Кроме фундаментального интереса, изучение этих систем имеет прикладное значение. Знания о глубинных метановых резервуарах расширяют горизонты в области поисков природных ресурсов, а понимание адаптаций глубинных микроорганизмов и животных может привести к развитию новых биотехнологий и медицинских приложений. Будущие исследования потребуют проведения более масштабных дрифтов, использования технологий бурения и замера газа непосредственно в осадках, а также развития молекулярных методов для детализации видов, генетики и взаимодействия организмов в сообществах. Важной задачей является изучение влияния сейсмической активности на мобильность метановых потоков и устойчивость сообществ.
Глубокие океанские желоба остаются одной из самых загадочных и малоизученных экосистем на планете. Открытие обширных хемосинтетических сообществ в самых глубоких их частях не только расширяет наши представления о жизни в экстремальных условиях, но и вносит значительный вклад в понимание глобальных биогеохимических процессов, поддерживающих наш климат и экосистемы. По мере развития технологий наши познания о жизни в бездне будут углубляться, открывая удивительные тайны самой глубокой части океана.
