Океанские глубины всегда вызывали восхищение и неизменный интерес ученых по всему миру. Особенно загадочными остаются хадальные зоны — самые глубокие части океанских желобов, где давление достигает колоссальных значений, а свет практически полностью отсутствует. Эти экстремальные условия долгое время считались почти непригодными для жизни, однако недавние исследования раскрыли невероятное разнообразие и богатство организмов, обитающих здесь. Одним из наиболее поразительных открытий стали масштабные хемосинтетические сообщества, найденные на дне Курильско-Камчатского и западного Алеутского желобов, расположенных в северо-западной части Тихого океана. По своим масштабам и глубинам эти экосистемы являются крупнейшими известными на планете.
Хемосинтез — это процесс синтеза органических веществ из неорганических при участии энергии химических реакций, в отличие от фотосинтеза, зависящего от солнечного света. В глубинах океана этот процесс основывается на использовании таких веществ, как водород сульфид и метан, выходящих из недр океанического дна через трещины и разломы. Именно эти химические источники энергии питают сообщества организмов, которые эволюционно адаптированы к жизни в полной темноте, под высоким давлением и зачастую аноксичных условиях. Исследования последних лет, выполненные с помощью глубоководного пилотируемого аппарата «Фендочже», позволили погрузиться на рекордные глубины — свыше 9 500 метров. Там ученые обнаружили густые колонии трубчатых червей семейства шибоглиновых (Siboglinidae), огромные скопления двустворчатых моллюсков и различных полихет, образующих в совокупности сложные и устойчивые экосистемы.
Эти сообщества занимают огромную протяженность вдоль донных разломов, простираясь на тысячи километров по дну двух хадальных желобов. Особой глубиной и масштабом характеризуется участок так называемого «Самого глубокого» места, где плотность хемосинтезирующих организмов достигает рекордных значений. Подобные сообщества ранее встречались только на более мелких глубинах, к примеру, в гидротермальных источниках и холодных смолах на континентальном шельфе. Однако находки в хадальной зоне сильно меняют нынешние представления об экологии глубоководных областей. Удивительно, что хемосинтез в подобных условиях может конкурировать и даже превосходить по значимости традиционные источники органического вещества, такие как детрит с поверхностных слоев моря или падаль.
Условия, в которых формируются такие экосистемы, имеют геологическую природу. Курильско-Камчатский и Алеутский желоба расположены в зонах субдукции, где океаническая плита погружается под континентальную. Этот процесс сопровождается активностью на разломах и формированием гидрогеологических условий, способствующих выходу насыщенных метаном и сульфидами жидкостей на поверхность. В этих глубоководных областях наблюдается накопление большого количества органического материала, падающего сверху и смываемого с континентального склона. В микробном анаэробном окружении происходит процесс образования биогенного метана посредством восстановления карбоната, что подтверждается изотопическим анализом образцов газа из донных осадков.
Метан накапливается в глубинных слоях осадочного покрова не только в растворённом состоянии, но и в форме газогидратов — кристаллических соединений метана с водой. Моделирование показывает, что при низких температурах и высоком давлении хадальных глубин эти гидраты устойчивы, создавая своеобразный «метановый резервуар» в глубинах океана. Значительная часть метана задерживается в этих газовых гидратах, что важно для понимания глобального углеродного цикла и может иметь влияние на климатические процессы. Большие области с активными выходами метановых и сульфидных жидкостей создают уникальные условия для жизни хемосинтетических микробных сообществ, которые, в свою очередь, служат пищей для животных, таких как трубчатые черви и двустворчатые моллюски. Они обладают эндосимбиотическими бактериями, которые обеспечивают их питанием, позволяя выживать без доступа к органическим веществам из фотосинтеза.
Такая цепочка создает автономные экосистемы, связанные с геохимическими процессами Земли. Вдали от привычных для человека источников энергии, эти глубоководные сообщества демонстрируют удивительную приспособляемость жизни. Ученые отмечают, что кроме шибоглиновых червей и двустворчатых моллюсков, в этих экосистемах присутствует широкий спектр беспозвоночных, в том числе различные виды многощетинковых червей, морских лилий, голотурий и ракообразных, которые формируют сложные экологические сети и поддерживают биоразнообразие. Интенсивный биохимический обмен и защита от высокого давления и низких температур стали предметом изучения в биологии экстремофилов. Изучение специфических адаптаций организмов, обитающих на предельных глубинах, открывает новые перспективы в понимании физиологических границ жизни на Земле.
Более того, оно вносит вклад в поиски жизни в подобных экстремальных условиях на иных планетах и спутниках, таких как Европа или Энцеладус. Открытие таких обширных и активных хемосинтетических сообществ на дне хадальных желобов поднимает вопросы о роли этих биотопов в глобальном цикле углерода. Метан, выделяемый из окраинных зон седимента, может быть значительным источником как для местного метаболизма, так и для эмиссии в океан и атмосферу. Это требует корректировки моделей биогеохимии и климатического воздействия глубоководных зон. Международное сотрудничество и использование современных подводных технологий позволили совершить эти прорывные открытия.
