Одним из самых малоизученных и загадочных уголков нашей планеты являются адальные желоба — чрезвычайно глубокие участки океанского дна, достигающие глубин свыше 6000 метров. Несмотря на труднодоступность, именно здесь ученые обнаружили процветающие сообщества хемосинтетических организмов, способных существовать без солнечного света, используя химическую энергию для поддержания жизни. Впервые благодаря экспедиции 2024 года, проведенной на Курило-Камчатском и западном Алеутском желобах с помощью глубоководного подводного аппарата «Фэндоуже», был задокументирован самый протяжённый и глубокий в мире комплекс хемосинтетических сообществ на глубинах от 5800 до 9533 метров. Эти открытия не просто бросают вызов традиционным моделям существования жизни в экстремальных условиях, но и расширяют наши знания о биогеохимических процессах в глубинах океана и роли углеродного цикла в таких системах. Хемосинтез — это процесс, при котором микроорганизмы преобразуют химическую энергию, выделяемую при окислении молекул, таких как сера или метан, в органические соединения, формируя базу пищевой цепи в экосистемах, лишённых солнечного света.
До недавнего времени существование таких систем в адальных глубинах считалось маловероятным из-за экстремальных значений давления, низких температур и ограниченного доступа к питательным веществам. Однако новые данные свидетельствуют о том, что в глубоководных желобах существуют масштабные сообщества, питающиеся именно за счёт хемосинтеза. Ключевой геологической особенностью адальных желобов Курило-Камчатской и западной Алеутской систем являются так называемые сбросы — трещины и разломы в земной коре, возникающие при субдукции океанической плиты под континентальную. По этим трещинам из глубинных слоев поднимаются богатые на сероводород и метан флюиды, которые образуются в процессе микробной деградации органического вещества, отложенного на дне желоба. Именно такие флюиды служат сырьём для хемосинтетических бактерий и архей, формирующих основу глубинных экосистем.
Исследования последних экспедиций позволили зафиксировать с помощью видеофиксации и отбора проб разнообразие и плотность фауны, населяющей эти зоны. Наиболее численными оказались представители семейства Siboglinidae — безротовые черви-трубочники, обладающие красными гемоглобиновыми щупальцами для захвата растворенного газа. В основе их symbionts лежат хемосинтетические бактерии, которые получают энергию из окисления сероводорода и метана. Помимо трубочников, были найдены скопления двустворчатых моллюсков, таких как Vesicomyidae — моллюски, способные к симбиозу с хемосинтетическими микроорганизмами, и другие виды, включая многочисленных представителей различных групп многощетинковых червей и брюхоногих моллюсков. Важно отметить, что обнаруженные сообщества простираются вдоль оси желобов на более чем 2500 километров, что свидетельствует о значительной распространённости подобных экосистем.
Более того, максимальная зарегистрированная глубина сообществ достигает 9533 метров, что на сегодняшний день является рекордом для хемосинтетических экосистем на Земле. Это открытие опровергает прежние предположения о существовании границ обитания таких жизненных форм на данных глубинах. Геохимический анализ газов из отложений подтвердил биогенное происхождение метана, что стало важным индикатором микробной деятельности на большой глубине. Изотопные данные выделяют процесс микробного восстановления углекислого газа, а не другого типа метаногенеза, что указывает на существенные биохимические пути метаногенеза в глубоких слоях осадков. Анализ карбонатных минералов, таких как икаит — стабильный минерал гексагидрата кальцита, присутствующего в холодных мулах окружающих месторождениях, поддерживает вывод о формировании нефти и газа в условиях ранней диагенеза в донных осадках.
Моделирование фазовых состояний метана при экстремальных условиях глубин, сочетающее тепло и давление, показывает, что метан в зонах выхода на дне океана превалирует в виде растворённого газа и гидратов, без образования газовой фазы, что согласуется с визуальными наблюдениями отсутствия пузырьков газа в местах выхода флюидов. Более того, предсказания наличия газогидратов в залежах на больших глубинах подчеркивают огромный потенциал адальных желобов как резервуаров углеродных соединений и возможных источников энергетических ресурсов. Формирование холодных источников в адальных зонах отличается от процессов, характерных для более мелких аккреционных призматических структур. Здесь экологические условия и геологические динамики предполагают миграцию метаноносных флюидов не из субдуцируемых слоёв, а исходят из осадочных покровов самого желоба, что обуславливается наличием сложной системы расщелин и нормальных разломов, связанных с процессами изгиба и субдукции океанической плиты. Такой процесс способствует фокусированному подъему флюидов на поверхности и поддержке уникальных биологических сообществ.
Адальные желоба, расположенные в высокопродуктивных бореальных районах северной части Тихого океана, получают стабильный приток органического вещества за счёт сезонных цветений фитопланктона и событий оползней, вызванных сейсмической активностью. Улучшенное понимание механизмов переноса и накопления органической массы в этих глубоководных депрессиях позволяет предположить, что адальные экосистемы обладают значительной автономией благодаря сочетанию якорного присутствия биогенных источников энергии и хемотрофных сообществ. Обнаружение столь обширных и устойчивых хемосинтетических систем имеет масштабные последствия для понимания границ жизни на Земле. Эти сообщества предоставляют уникальную возможность изучать адаптации организмов к высоким давлениям, низким температурам и дефициту ресурсов. Кроме того, выявленное сосуществование с многочисленными гетеротрофными организмами, такими как актиннии, голотурии и амфиподы, говорит о сложных пищевых сетях и потенциальном влиянии хемосинтеза на трофические уровни в глубоководных желобах.
В более широком контексте эти открытия требуют пересмотра существующих моделей биогеохимических циклов, особенно углеродного, в глубоких слоях океана и субдукционных зонах. Концентрация метана и возможное присутствие гидратов указывают на высокую активность микробных популяций и потенциал значительного хранения углерода в форме газогидратов в подседиментных слоях. Это, в свою очередь, влияет на глобальные процессы климатического регулирования и геохимического баланса, что привносит важные данные для прогнозирования изменений климата в будущем. Перспективы дальнейших исследований включают в себя проведение более детальных разведочных и экспериментальных работ, направленных на изучение механизма формирования хемосинтетических экосистем на больших глубинах, их вызовов адаптации и влияния на глобальный углеродный цикл. Планируется также исследование потенциальных энергетических ресурсов, которые открываются благодаря присутствию метановых гидратов на таких глубинах.
Таким образом, открытие процветающих хемосинтетических сообществ на самых больших глубинах адальных желобов не только расширяет границы нашего восприятия возможного существования жизни на Земле, но и бросает вызов существующим представлениям о биогеохимических процессах в глубинах океанов. Эти уникальные экосистемы открывают новые горизонты в изучении жизни, адаптации и устойчивости в экстремальных условиях, а также в оценке роли глубоководных процессов в глобальных экологических системах нашей планеты.
