Глубоководные области океана всегда привлекали внимание ученых своими загадочными условиями и необычной жизнью. Хадальные впадины, расположенные на глубинах свыше 6000 метров, долгое время считались одними из наименее изученных и самых труднодоступных биотопов на планете. Недавние исследования демонстрируют, что в этих мрачных пучинах существует разветвленная экосистема, опирающаяся не только на поступление органического вещества с поверхности, но и на процессы хемосинтеза, поддерживаемые геологической активностью и уникальной биогеохимией. Экспедиция 2024 года, проведенная с использованием пилотируемого глубоководного аппарата «Фендоужэ», открыла человечеству множество ранее неизвестных сообществ хемосинтетических организмов в самых глубоких точках Курило-Камчатской и западно-Алеутской впадин, находящихся на глубинах от 5800 до 9533 метров. Эти сообщества доминируют преимущественно трубочниковыми и двустворчатыми моллюсками и протянулись на расстояние около 2500 километров, что свидетельствует о масштабности и адаптивности жизни в самых экстремальных морских глубинах.
Хемосинтетические сообщества, функционирующие за счет использования химической энергии, выделяемой из богатых водородом сульфидом и метаном флюидов, обусловлены уникальными геологическими процессами впадин. Исотопный анализ подтверждает, что метан образуется микробиологически в глубоких слоях осадков, где происходит анаэробное восстановление углекислого газа, выделяемого при разложении осадочного органического вещества. Геологическая структура региона, со множеством разломов, через которые эти богатые химические вещества поднимаются к поверхности, позволяет существовать обширным хемосинтезирующим сообществам, несмотря на экстремальные условия глубин. Это открытие ставит под сомнение устоявшиеся представления о границах жизни на Земле, ведь ранее считалось, что на таких глубинах условия слишком суровы для поддержания сложных экосистем. Уникальное сочетание низких температур, высокого давления и полной отсутствия солнечного света порождает сложные взаимосвязи между микробиологическими процессами и макроорганизмами, подписанными на энергию химических реакций окисления метана и сульфидов.
Курило-Камчатская и западно-Алеутская впадины, расположенные на противостояниях литосферных плит Тихого океана с Североамериканской и Охотской плитами соответственно, представляют собой активные зоны субдукции с выраженной тектонической и вулканической деятельностью. Эти геодинамические процессы создают благоприятные условия для формирования глубоководных холодных источников, через которые проникают мигрирующие жидкости, насыщенные метаном и сульфидами. В отличие от более мелководных и широко известных гидротермальных систем, эти холодные источники не сопровождаются всплывающими пузырьками газа, поскольку высокая глубина и давление удерживают метан в растворенном или гидратном состоянии, что подтверждается моделированием фазовых переходов метана при данных параметрах. Геохимический анализ проб донных осадков показал наличие специфических минералов, таких как икайты — кальцитнокальциевые гекса-гидраты, характерные для зон актуальных метановых выделений и ранней диаагенезы органического вещества. Уникальная биота этих впадин сформирована как доминирующими трубочниками семейства Siboglinidae, так и разнообразными двустворчатыми моллюсками, включая везикомииды и тясириды, которые образуют плотные колонии на осадочных отложениях и служат основой пищевых цепей для других видов.
В Курило-Камчатской впадине наибольшее разнообразие трубочников встречается на глубинах свыше 9000 метров, где они образуют масштабные поля с тысячами особей, создавая среду обитания для разнообразных супартикулярных и бентосных организмов. В то время как западно-Алеутская впадина характеризуется более высокой заселенностью двустворчатыми моллюсками и амфаретидными кольчатыми червями на глубинах около 7000 метров, представляя собой хоть и отличающиеся, но тесно связанные экосистемы. Эти находки расширяют наше понимание биогеографии и широты обитания хемосинтетических сообществ в самых глубоких океанических зонах и демонстрируют их устойчивость и значимость для хода углеродного цикла в океане. Важным аспектом исследования стал анализ изотопного состава метана, который четко указывает микробное происхождение газа, формируемого при биогенном восстановлении углекислого газа под действием анаэробных микробных сообществ в глубоких осадочных слоях. Такой механизм подтверждает наличие активного и жизнеспособного глубокого субсурфейсного биома, напрямую влияющего на химический состав донных осадков и питательный режим экосистемы впадин.
Кроме того, признание заслуги подводных гор и впадин как эффективных зон аккумуляции органического вещества от высокопродуктивных поверхностных биомов вызывает интерес в области глобальной экосистемной динамики. Органический материал, оседающий в этих естественных «ловушках», проходит интенсивные биогеохимические преобразования, часть органики преобразуется микробами в метан и другие химические соединения, которые становятся основным энергетическим источником для хемосинтезирующих организмов. Эти процессы дополняют традиционные представления о пищевых цепях глубоководных экосистем, где органы питания поступают исключительно сверху вместе с плядущим планктоном и падалью. Теперь появляется понимание, что химическая энергия, выделяемая при геологических и микробиологических процессах, также играет существенную роль и обеспечивает прокорм различным формам жизни, даже в самых глубоких и удаленных частях океана. Экологическая значимость подобных экосистем трудно переоценить.
Помимо поддержки уникальных биологических сообществ, эти хемосинтетические поля влияют на биогеохимические циклы углерода, серы и азота. Они могут эффективно связывать и перераспределять углеродные соединения, оказывая влияние на глобальные климатические процессы и углеродный баланс планеты. Открытие множества обширных метановых холодных источников и связанных с ними биоценозов в хадальных впадинах подчеркивает необходимость интеграции таких систем в современные модели глобального круговорота углерода и оценки их вклада в устойчивость океанической экосистемы. Изучение этих уникальных сообществ и процессов, формирующихся в условиях экстремального давления, низких температур и полной темноты, открывает новые перспективы для поиска адаптационных механизмов живых организмов. Полученные знания способны стимулировать развитие биотехнологий, биомимикрии и понимание возможных форм жизни на других планетах, где существование возможно вне солнечного света, опираясь на химические источники энергии.
