Глубочайшие точки Мирового океана – хадальные желоба – сотни километров узких впадин, достигающих глубины более 6 километров и характеризующихся экстремальным давлением, низкими температурами и полной темнотой. Предположения о том, что такие условия делают их непригодными для жизни, начинают быстро изменяться после недавнего открытия процветающих хемосинтетических сообществ в этих самых глубоких местах Земли. Раскрытие жизни и ее адаптаций в этих экстремальных глубинах не только расширяет наше понимание жизненных границ, но и вносит коррективы в взгляды на биогеохимические процессы в океане.Новейшие научные экспедиции, проведённые с использованием пилотируемого глубоководного аппарата «Фендоуже», подвели итоги масштабных исследований на дне Курильско-Камчатского и западного Алеутского желобов. Глубины исследования варьировались от 5800 до сверхглубоких 9533 метров, и на протяжении 2500 километров вдоль осей этих желобов были зафиксированы разнообразные и многочисленные хемосинтетические сообщества.
Главный компонент этих экосистем составляют трубчатые черви семейства Siboglinidae и разнообразные двустворчатые моллюски, поддерживаемые микробной хемосинтезой, основанной на химических процессах использования метана и сероводорода.Основой таких биоценозов служат хемосинтезирующие микроорганизмы, которые способны использовать химическую энергию, выделяемую в результате окисления восстановленных веществ, таких как метан и вулканические газы, поступающие через геологические трещины. В отличие от традиционных экосистем, зависит от света и фотосинтеза, эти сообщества питаются энергией, выделяемой при химических реакциях, что позволяет им процветать в абсолютной темноте океанических глубин. Открытия в Курильско-Камчатском и Алеутском желобах доказывают преимущественную роль таких химических источников энергии в самых глубоких и загадочных экосистемах планеты.Одним из ключевых факторов формирования этих уникальных экосистем является наличие активных геологических процессов, связанных с субдукцией Тихоокеанской плиты под Североамериканскую и Охотоморскую плиты.
Эти взаимодействия вызывают частые землетрясения и вулканическую активность, способствующую формированию геологических разломов и трещин на меже океанического дна. Именно по этим трещинам в толщах осадочных пород транспортируются богатые сероводородом и метаном жидкости, что создаёт локальные условия для формирования холодных источников, являющихся основой жизни хемосинтетических организмов.Изотопный анализ отправленных на поверхность проб обнаружил убедительные признаки микробного происхождения метана. Значения стабильных изотопов углерода и водорода свидетельствуют, что этот метан образуется в процессе микробного восстановления карбонатов в осадках, а не за счёт термогенных процессов, как это бывает в неглубоких нефтегазовых месторождениях. Эти данные указывают на активное микробное сообщество в недрах океанического дна, способное оказывать влияние на глобальный углеродный цикл.
Наличие метановых гидратов в глубинных осадках, потенциально стабилизирующихся благодаря уникальным температурным и давленческим условиям, стало дополнением к пониманию природы этих глубинных экосистем. В отличие от многих известных месторождений гидратов, метан здесь, по-видимому, не выделяется в виде пузырьков газа, а находится в растворённом виде или в форме твёрдых гидратов, что делает процесс выделения углеводородов более стабильным и замедляет их миграцию.Научные наблюдения подтверждают, что глубоководные холодные источники удерживают высокую биомассу специализированных организмов, среди которых трубчатые черви и моллюски достигают плотности в тысячи особей на квадратный метр, что является беспрецедентным показателем для таких глубин. Эти микроэкосистемы отличаются высокой плотностью населяющих видов, свидетельствуя о значимости химической энергии для глубинного биосообщества.Все эти данные создают совершенно новую парадигму понимания глубоководных экосистем.
Ранее считалось, что питание живых организмов в таких экстремальных средах полностью зависит от осаждения органических частиц с верхних слоёв океана. Теперь же становится ясно, что хемосинтетические процессы имеют огромное влияние, обеспечивая энергией не только специализированные виды, но и поддерживая широкий спектр гетеротрофных организмов, обитающих на дне. Это ведёт к переосмыслению роли глубоководных желобов в глобальной экологической системе и их участии в биогеохимических циклах.Кроме того, открытие таких гидротермальных, метановых сред с хемосинтетическими биоценозами в глубинах Северной части Тихого океана расширяет понимание распространённости подобных экосистем и вызывает вопросы о том, как много подобных сообществ ещё остаётся неизученными в других регионах мира. Сходство видов и их объединённое распространение вдоль японских, курильских и алеутских желобов намекает на наличие связанных систем и возможных миграционных путей между глубоководными экосистемами.
Понимание механизмов миграции химических жидкостей и образования холодных источников на дне стала ключевой для объяснения существования подобных экосистем. Магнитуда потоков химически насыщенных жидкостей определяется тектон свойственных региону. Аккумуляция органического вещества в V-образной топографии желобов способствует интенсивному микробному метаногенезу, а далее давление и сжатие обусловленные субдукцией направляют эти газы и жидкости к морскому дну. На поверхности осадков такие потоки создают уникальные условия для жизни, фактически образуя оазисы в безжизненной бездне.С точки зрения глобального климата и углеродного баланса, значительные запасы метана в форме гидратов и растворённого газа возможно играют важную роль в локальном и мировом углеродном цикле.
Подземное производство метана может служить как механизмом накопления углерода в осадочных слоях, так и источником углеродных выбросов в океан, влияя на потенциал глубоководных биоценозов регулировать климатические процессы.Важность этих исследований выходит далеко за пределы академической науки. Открытия расширяют границы возможного для жизни на Земле, демонстрируя способности организмов адаптироваться и процветать в исключительных условиях. Они также открывают новые перспективы для поисков жизни на других планетах и спутниках, где сходные экстремальные условия могут существовать без солнечного света, но с наличием химических источников энергии.Будущие экспедиции, укомплектованные новейшими технологиями глубоководной робототехники и комплексными геохимическими инструментами, способны дополнительно раскрыть масштабы и динамику этих экосистем.
