Самые глубокие океанические желоба планеты, известные как адачные желоба, долгое время считались одними из наименее изученных и загадочных уголков Земли. Эти глубоководные впадины, достигающие глубин свыше 9 тысяч метров, представляют собой экстремальные условия с высокого давления, низкими температурами и полной темнотой. Несмотря на такие условия, в последнее время учёные обнаруживают здесь удивительные экосистемы, устойчивые благодаря хемосинтезу — процессу синтеза органических веществ микроорганизмами на основе энергии химических реакций, а не солнечного света. Это открытие существенно меняет наше понимание границ жизни и биогеохимических процессов в самых глубоких океанических слоях. Новейшие исследования в районе Курило-Камчатского и западного Алеутского желобов, проведённые с использованием глубоководного обитаемого аппарата «Фэндоуже», выявили обширные и наиболее глубокие на Земле сообщества хемосинтетической жизни.
Эти сообщества простираются на длину примерно 2500 километров и располагаются на глубинах от 5800 метров до рекордных 9533 метров. Основу таких экосистем составляют трубчатые черви семейства Siboglinidae и разнообразные двустворчатые моллюски. Уникальность таких сообщества в том, что они существуют далеко за пределами привычных глубинных экосистем, таких как гидротермальные источники и холодные источники, и демонстрируют невероятную приспособляемость организмов к крайним условиям. Основным источником энергии для этих организмов являются насыщенные соединениями водородом сульфидами и метаном жидкости, которые поднимаются на поверхность через глубокие геологические разломы и трещины, проходящие через слабо субдуцированные осадки желобов. Метан, питательный компонент для микроорганизмов, продуцируется путем микробного метаногенеза из депонированного органического вещества, накопленного в седиментах.
Изотопный анализ показывает, что метан имеет микробное происхождение, а не термогенное, что свидетельствует о значительной роли глубокого субботического микроорганизмов в формировании и поддержании этого биоэнергетически значимого процесса. В течение многолетних исследований хемосинтетических экосистем в океане, прежде всего в районах гидротермыческих источников и холодных источников, создавалось впечатление, что такие сообщества ограничены относительно неглубокими и геологически активными местами. Однако обнаружение крупных хемосинтезирующих сообществ на экстремальных глубинах адачных желобов успешно бросает вызов этим устоявшимся мнениям. Эти находки подчеркивают, что экстренные биологические сообщества могут быть гораздо более распространены и влиятельны по широкой сети глубоководных зон, чем предполагалось ранее. Особенностью новых сообществ является доминирование различных видов Siboglinidae с трубками длиной до 30 сантиметров и диаметром чуть более миллиметра.
Помимо этих трубчатых червей, среди них отмечена заметная численность моллюсков, в частности двустворчатых видов, таких как чесночные моллюски (Thyasiridae) и весикомиевые (Vesicomyidae). Кроме того, присутствует широкое разнообразие полихет, гастропод и других беспозвоночных, обитающих в непосредственной близости к этим хемосинтетическим зонам. Отличительной чертой курило-камчатских желобов является то, что многие сообщества представлены в глубокой части желобов (более 7000 метров в глубину), где они в основном состоят из трубчатых червей Siboglinidae — представителей родов Lamellisabella, Polybrachia, Spirobrachia и Zenkevitchiana. На опредленных участках сформировались огромные поля трубчатиков длиной до двух километров, населённые тысячами особей. Эти колонии не только демонстрируют высокую плотность и богатство видового состава, но и служат местом обитания для других видов, включая различные микробные сообщества и мелких морских животных, формируя сложные и взаимосвязанные экосистемы.
В западной части Алеутского желоба доминируют моллюски, такие как виды семейства Vesicomyidae и Thyasiridae, а также полихеты, в частности представители рода Anobothrus. Характерно, что здешние хемосинтетические сообщества обладают более выраженной пространственной пестростью и встречаются на сравнительно меньших глубинах, около 6000–7000 метров. Однако общая численность живых организмов на этих участках впечатляет, достигая нескольких тысяч особей на квадратный метр. Встречающиеся виды распространяются на разных глубинах и географических широтах, что свидетельствует о наличии связанного биогеографического пояса из хемосинтетических местообитаний вдоль северной части Тихого океана. Характерной особенностью окружающей среды, которая поддерживает такие сообщества, стал феномен так называемых «холодных источников» — участков дна, на которых происходит активный выход насыщенных метаном и сульфидами растворов из глубоких слоев осадков.
Эти процессы связаны с тектонической активностью зон субдукции, где океаническая плита опускается под континентальную. Физико-химические условия дна и осадков в таких районах обеспечивают благоприятные ниши для роста хемосинтетических бактерий, осуществляющих превращение бескислородного метана в биомассу с выделением энергии. Эти бактерии являются основой питания для макробентосных организмов, которые в данных условиях развили симбиотические связи с микроорганизмами. Исследуемые гидрохимические параметры выявили высокие уровни метана в газовой фазе и растворённом виде, а также присутствие сульфидов, что однозначно свидетельствует о протекании процессов анаэробного окисления метана, сопряжённого с восстановлением сульфатов. Геохимические характеристики осадков подтверждают, что метан генерируется микробным путём из углеродсодержащих остатков, а не является продуктом теплового разложения древних органических отложений.
По модели стабильности метана в таких условиях глубины имеются гидраты — кристаллические соединения метана и воды, способные хранить огромное количество газа в сжиженном состоянии. Наличие гидратов имеет важное значение для локального регуляторного механизма выделения метана и энергообеспечения сообществ. Геолитературные данные указывают на то, что выход газов сконцентрирован вдоль разломов, образовавшихся в процессе изгиба погружающейся океанической плиты. Эти разломы служат каналами движения газов из глубоких отложений в верхние слои и на поверхность океанского дна. В результате под действием прогибов и накопления осадков в V-образных желобах происходит сбор большого объема органического вещества, которое служит исходным материалом для микробного метаногенеза.
Таким образом, данные районы становятся своего рода природными «фильтрами» и «резервуарами» углерода, обусловливая формирование биогеохимических зон с высокой биологической продуктивностью. Обнаружение этих экосистем способствует переосмыслению роли глубинных зон океана в глобальной циклизации углерода. Традиционно адские желоба рассматривались как зоны с низкой биологической активностью, главным образом поддерживаемые детритом, сходящимся из верхних слоев океана. Однако наличие в них мощных и обширных хемосинтетических сообществ означает внесение значительного дополнительного источника энергии, основанного на геохимических процессах и микробной активности в глубоких седиментах. Это поднимает новые вопросы о масштабах таких процессов и их влиянии на долговременные углеродные циклы и геохимическую биосферу.
Кроме того, данные открытия имеют важные прикладные аспекты. Поиск и изучение метаноносных гидратов в этих глубинных областях может привести к переоценке объёмов потенциальных запасов метана – одного из ключевых энергетических ресурсов будущего. Также понимание адаптивных механизмов живых организмов, работающих при экстремальных давлениях и температурах, расширяет горизонты биотехнологий, медицины и науки о жизни в целом. Экспедиции, использующие современные глубоководные аппараты, такие как «Фэндоуже», демонстрируют необходимость комплексных исследований, объединяющих биологию, геологию, химию и микробиологию, чтобы продвинуться в изучении глубоководных экосистем. Сложность и многообразие жизни на таких глубинах открывают новые перспективы изучения эволюции, биогеографии и взаимосвязей между организмами и окружающей средой.
Таким образом, открытие хемосинтетических сообществ на самых больших глубинах адачных желобов указывает на то, что жизнь в океане чрезвычайно пластична и приспособленна к самым экстремальным условиям. Эти сообщества служат доказательством того, что биологические системы способны использовать химическую энергию, генерируемую земной корой и микроорганизмами, для поддержания сложных экосистем, даже там, где солнечный свет не проникает. Исследования таких систем способны не только раскрыть тайны глубоководной жизни, но и значительно обогатить представления о глобальных биогеохимических процессах и их влиянии на климат и экологию планеты.
