Глубины океанских гадахальных желобов традиционно считались одними из наиболее негостеприимных для жизни пространств планеты. Однако недавние научные экспедиции с использованием глубоководного пилотируемого аппарата Fendouzhe пролили свет на поразительно развитые хемосинтетические сообщества, существующие в этих местах. Курильско-Камчатский и западный Алеутский желоба, лежащие в пределах Тихоокеанского бассейна, оказались домом для обширных и разнообразных экосистем, которые питаются не солнечной энергией, а химической, генерируемой микроорганизмами, расщепляющими метан и сульфиды – процессов, известных как хемосинтез. Открытие таких сообществ на глубинах от 5800 до рекордных 9533 метров демонстрирует возможность жизни в условиях высокого давления, низких температур и полной темноты, где казалось бы невозможно существовать. Доминирующими видами в этих экосистемах оказались кольчатые черви из семейства Siboglinidae и моллюски Bivalvia, которые располагаются вдоль протяженных участков приблизительно в 2500 километров вдоль дна желобов.
Эти виды образуют высокоорганизованные колонии и сообщества, взаимодействие которых отражает сложную сеть биологических связей в самых глубоких экосистемах планеты. Геологические особенности региона играют ключевую роль в поддержании таких экосистем. Желоба формируются за счет субдукции Тихоокеанской тектонической плиты под плиты Охотского и Берингова морей, что создает уникальные зоны повышенной тектонической активности. Через многочисленные разломы и нормальные разрывы породы из глубоких слоев осадков поднимаются гидрогеохимически обогащенные жидкости, насыщенные метаном и сероводородом. Эти соединения поступают к поверхности и служат источником энергии для хемосинтетических бактерий и архей.
Метан в этих условиях формируется преимущественно биогенным путем в результате микробиального восстановления углекислого газа из органического вещества, которое накапливается в желобах благодаря уникальному сочетанию океанического продуктивного верхнего слоя и геоморфологических особенностей, являющихся естественными ловушками осадочного материала. Изменения температуры и давления способствуют формированию метаногидратов — твердых кристаллических структур, в которых молекулы газа захвачены внутри ледяной матрицы. Эти гидраты не только стабилизируют метан в осадках, но и создают среду для жизнедеятельности специализированных микробных сообществ. Биологическое разнообразие в этих экосистемах уникально и впечатляет. Исследования показывают коэкзистенцию различных видов Siboglinidae, среди которых Lamellisabella, Polybrachia, Spirobrachia и Zenkevitchiana.
Эти виды создают густые колонии с трубками длиной до 30 сантиметров, функционирующими как центры сосредоточения и защиты. Наряду с червями встречаются беспозвоночные, в том числе разнообразные моллюски, полихеты, амфиподы и актиновые, образующие сложные пищевые сети. Отдельного внимания заслуживают поселенцы на трубках червей — гастроподы, которые специализируются на обитании в пределах этих сообществ. Структура сообществ существенно варьируется в зависимости от глубины и региональных условий. В Курильско-Камчатском желобе, глубже 7 тысяч метров, доминируют frenulate Siboglinidae, тогда как в западном Алеутском желобе, с меньшими глубинами, сообщество сложено преимущественно из моллюсков Vesicomyidae и Ampharetidae.
Такое разделение обуславливает экологическое разнообразие и устойчивость к экологическим изменениям. Высокая плотность популяций и концентрация хемосинтетических организмов в этих областях — свидетельство богатства химической энергии, поддерживающей жизнь в условиях абсолютной темноты и дефицита органического питания с поверхности. Помимо биологических наблюдений, важную роль играют геохимические исследования. Анализ газового состава и изотопов углерода и водорода подтверждает биогенный характер метана, который обладает характерными значениями δ13C и δD, указывающими на его микробное происхождение. Эти данные подкрепляются измерениями загрязненности осадков сульфидами, концентрацией аммония, значениям δ13C углекислого газа и другими показателями геохимических процессов, которые формируют основу биохимической среды для первичных продуцентов.
Особое внимание уделено также образованию и стабильности метаногидратов в пластах осадков. Моделирование фазовых переходов метана при условиях высокого давления и низкой температуры показало, что на всех исследованных глубинах метан имеет тенденцию сохраняться в форме гидратов либо растворённого газа, а паровая фаза отсутствует. Такая модель согласуется с отсутствием наблюдаемых пузырьков газа во время погружений субмарины. Структуры из метаногидратов создают своеобразный резервуар химической энергии, который может питать микробные сообщества и обеспечивать непрерывность хемосинтетических процессов в течение длительного геологического времени. Формирование холодных источников в этих глубоководных желобах связано с уникальной геологической ситуацией.
В отличие от более мелководных и складчатых областей, где флюиды мигрируют вдоль субдукционных трещин в аккреционных призмах, здесь движение газов и гидратов инициируется в самих породах осадков, находящихся в окружении желоба. Скопления органического вещества под воздействием давления и температуры способствуют микробному метаногенезу, и образующийся метан затем движется вверх по нормальным разломам, образовавшимся в результате изгиба и субдукции плиты. Такой путь миграции объясняет локализацию холодных эстуариев и обуславливает распределение хемосинтетических сообществ вдоль оси желоба. Последствия этих открытий оказывают влияние далеко за пределы биологии и геохимии глубин океана. Во-первых, они расширяют границы представлений о жизни, демонстрируя адаптационную способность организмов к экстремальным давлениям и энергетическим условиям.
Во-вторых, они меняют устоявшиеся модели питания и экологии глубоководных зон, подчёркивая роль хемосинтеза как важного фактора в структуре и поддержке экосистем. В-третьих, выявленная глубокосубсивная микробная активность и связанные с нею процессы метаногенеза влияют на глобальный углеродный цикл, что требует пересмотра подходов к моделированию поглощения и выбросов парниковых газов из океанов. Кроме того, возможное наличие и распространённость метаногидратов на таких глубинах могут иметь значительный потенциал для будущих энергетических исследований и освоения. Учитывая масштабы метанового резервуара и его стабильность, крупные гадахальные желоба могут служить естественными хранилищами метана, которые следует учитывать при оценках мировых ресурсов и изменениях климата. Научные экспедиции, основанные на использовании аппаратов полного погружения, позволяют впервые в истории увидеть и изучить этих существ в их естественной среде обитания, произведя качественный скачок в области океанографии и морской биологии.
Результаты работы открывают новые горизонты для междисциплинарных исследований, объединяющих геологию, биологию, биогеохимию и экологию. Таким образом, обнаружение процветающих хемосинтетических сообществ в глубинах Курильско-Камчатского и западного Алеутского желобов показывает, как жизнь приспосабливается к самым сложным и суровым условиям планеты, а сами желоба выступают в роли естественных лабораторий, где возможно изучение механизмов устойчивости жизни и её влияния на глобальные природные процессы.
