Глубокие морские желоба — одни из самых загадочных и малопознанных уголков нашей планеты. Эти узкие и извилистые впадины океанического дна достигают глубин свыше 6 тысяч метров, создавая уникальные условия, где давление достигает невероятных значений, а солнечный свет не проникает ни на миллиметр. Несмотря на суровость среды, именно здесь, в так называемой гадах зоне, обнаружены жизненные формы, адаптировавшиеся к крайним условиям. Новейшее исследование, проведенное в Курильско-Камчатском и западном Алеутском желобах, открывает новую страницу в изучении хемосинтетической жизни, существующей благодаря химической энергии, а не солнечной, в глубочайших уголках океана. Хемосинтез — это биохимический процесс, при котором микроорганизмы и формирующие с ними симбиотические сообщества добывают энергию из химических соединений, чаще всего из водорода, сероводорода или метана.
Такие формы жизни обнаруживались прежде в гидротермальных жерлах, а также холодных источниках на меньших глубинах, где происходит выделение этих веществ из разломов в земной коре. Однако выяснение существования хемосинтетических сообществ именно в самых глубоких и холодных водах океана было сложной задачей из-за технических и научных ограничений. В ходе экспедиции 2024 года с помощью уникального пилотируемого аппарата Фэндоуже удалось провести погружения на рекордные глубины, вплоть до 9533 метров — глубже, чем когда-либо фиксировались хемосинтетические сообщества. Обследования показали обширные колонии трубчатых червей семейства Siboglinidae и моллюсков класса Bivalvia, которые формируют устойчивые сообщества, раскинувшиеся на протяжении нескольких тысяч километров по дну двух глубоководных желобов. Открытие стало настоящим прорывом в понимании морской биологии, поскольку такие сообщества демонстрируют способность жизни процветать и развиваться в условиях экстремального давления, низких температур и полного отсутствия света.
Важной особенностью новой экосистемы является способ ее питания. Хемосинтетические организмы питаются за счет микроорганизмов, продуцирующих органическое вещество путем переработки газов — метана и сероводорода, которые поднимаются через разломы и трещины в земной коре. Исследования геохимического состава проб подтвердили, что метан имеет микробное происхождение. Это означает, что под толщей осадков активно протекает микробиологическое разложение органического материала с выделением метана и сероводорода, который затем достигает более высоких слоев и служит пищей для инфузорий, моллюсков и трубчатых червей. Местоположение и распространение этих сообществ напрямую связано с геологической активностью зон субдукции, где Тихоокеанская плита погружается под Охотскую и Берингоморскую плиты.
Геологическая модель предполагает, что благодаря трещинам, возникающим в зоне изгиба погружающейся плиты, богатые метаном и сероводородом жидкости поднимаются к дну океанским желобов, создавая благоприятные условия для развития хемосинтетической жизни. Форма воронкообразного рельефа этих желобов влияет на накопление большого количества органического материала, доставляемого сверху, что создает своего рода резервуар для развития микроорганизмов, продуцирующих химические вещества, служащие основой пищевой цепи. Обилие трубчатых червей и моллюсков в этих сообществах поражает, особенно когда учесть экстраординарные условия существования. Средняя плотность организмов достигает нескольких тысяч особей на квадратный метр. Многие из них неизвестны науке или значительно отличаются от более привычных глубинных форм, что открывает большие перспективы для изучения их физиологии и адаптации к высоким гидростатическим давлениям.
Важно отметить, что такие экосистемы не существуют изолированно, они тесно взаимосвязаны с другими обитателями глубоководных зон. Среди ассоциированных видов найдены представители различных групп, включая полихет, гастропод и актинний, которые зависят как от хемосинтеза, так и от поступления органического вещества с поверхности. Это указывает на сложные трофические связи, которые расширяют понимание экосистемных процессов в глубинах мирового океана. Новые данные влияют и на глобальные представления о круговороте углерода. Метан, выделяемый и накапливающийся в осадках, может находиться в состоянии гидратов — кристаллических соединений воды и газа, устойчивых при высоком давлении и низкой температуре.
Хадальные зоны выступают в виде важного хранилища углерода в такой форме. За счет этого происходит не только замедленное поглощение органического материала, но и влияние на атмосферную динамику газов при возможном высвобождении метана. Ранее эти аспекты были недостаточно изучены из-за ограниченности данных о глубоководных структурах и их биогеохимических процессах. Исследование, проведенное в Курильско-Камчатском и Алеутском желобах, позволяет переосмыслить роль химической энергии в экосистемах не только глубокого океана, но и всей планеты. Результаты выдвигают гипотезу о большем распространении подобных хемосинтетических систем в других глубочайших частях океана, таких как Марианский желоб и Японский желоб, где аналогичные условия также могут способствовать развитию жизни.
В техническом плане экспедиция продемонстрировала возможности современной глубоководной техники: пилотируемый аппарат Фэндоуже и исследовательское судно Тансуюйхао позволили безопасно провести погружения, осуществлять отбор проб и выполнять комплексные геохимические и биологические анализы. Собранные данные и образцы сохраняются для дальнейших исследований, которые могут помочь раскрыть уникальные адаптации живых организмов и их взаимодействия с окружающей средой на огромных глубинах. Перспективы исследований в области хемосинтеза глубинных желобов открывают новые горизонты для биологии экстремофилов, изучения материнской планеты и даже астробиологии, учитывая возможность существования похожих экосистем на других планетах и спутниках с океанами подо льдом. Это может помочь понять границы жизни и устойчивых биогеохимических циклов в наиболее ограниченных пространствах. Таким образом, открытие процветающих хемосинтетических сообществ на рекордных глубинах океана меняет научный взгляд на биоразнообразие и энергообеспечение самых экстремальных экосистем Земли.
Это поднимает вопросы о влиянии подобных систем на глобальные геохимические процессы и акцентирует значение глубоководных исследований в изучении устойчивого существования жизни на планете.
