Хадальные желоба — одни из самых малоизученных и загадочных уголков планеты. Эти глубоководные впадины, достигающие глубин более 10 тысяч метров, долгое время считались экстремальной средой для жизни, где практически не должно было быть устойчивых экосистем. Однако недавние открытия, сделанные учёными во время экспедиции в Курильско-Камчатский и западный Алеутский желоба, полностью меняют наши представления о биоразнообразии на таких глубинах. Уникальные хемосинтетические сообщества, поддерживаемые потоками, насыщенными сероводородом и метаном, широко распространены вдоль 2500 километров этих глубинных впадин, и они демонстрируют способность жизни адаптироваться и процветать в экстремальных условиях. Хемосинтез — процесс, при котором микроорганизмы синтезируют органические вещества, используя энергию химических реакций, а не солнечного света.
В отличие от фотосинтеза, который зависит от доступности света, хемосинтез связан с биогеохимическими циклами, протекающими у дна океана вблизи геологических разломов, где выходят богатые химическими веществами жидкости. Ранее такие сообщества были обнаружены преимущественно в гидротермальных источниках и холодных аэрогелях на сравнительно мелких глубинах, но теперь стало известно, что подобные экосистемы широко распространены и в хадальной зоне — одной из самых глубоких и экстремальных сред на планете. Экспедиции, проведённые на исследовательском судне RV Tansuoyihao с использованием субмарины Fendouzhe, позволили впервые зафиксировать и задокументировать эти сообществa непосредственно на глубинах от 5800 до 9533 метров. В отличие от мелководных хемосинтетических биотопов, сообщества в Курильско-Камчатском и западно-Алеутском желобах демонстрируют совершенно особый биологический состав. Ключевыми обитателями являются трубочные черви (frenulate siboglinids) и моллюски семейства бирюковидных (Bivalvia), которые образуют густые колонии, протянувшиеся вдоль дна впадин на тысячи километров.
Особенностью данных экосистем стало наличие постоянного источника химической энергии — метана и сероводорода, которые поднимаются из глубоких осадков посредством разломов, связанных с тектонической активностью и процессами субдукции в регионах. Геологическая структура этих желобов играет ключевую роль в формировании и поддержании хемосинтетических экосистем. Курильско-Камчатский желоб образован в результате поддвига Тихоокеанской плиты под Охотскую плиту, а Алеутский желоб — под Беринговую плиту. Активные сейсмические и вулканические процессы способствуют формированию разломов и полостей, которые являются каналами выхода химически богатых сред, насыщенных метаном, образующимся в глубоких слоях осадков путём микробного разложения органического материала. Пылевидные отложения и постоянные землетрясения локально способствуют заносу органики на дно желобов, обеспечивая «питание» для микробных сообществ, что, в свою очередь, стимулирует метаногенез и поддерживает биосистему.
Данные подтверждаются результатами изотопного анализа, который выводит микроорганическую природу метана, происходящего из восстановления углекислого газа микробами, что отличает его от термогенного происхождения. Это свидетельствует о высокоактивной микробной жизни в глубоких седиментах даже в условиях абсолютного отсутствия света и высокого давления. Фактически хемосинтетическая жизнь на этих глубинах становится одним из основных источников энергии, способствующих поддержанию экосистемы, представляя собой альтернативу более привычному питанию от падения органических остатков из верхних водных слоев. Животный мир глубинных хемосинтетических сообществ поразительно разнообразен. Доминирующими видами являются трубочные черви, достигающие длины более 20 сантиметров и с тонкими телами диаметром около миллиметра, что обеспечивает им высокую плотность обитания.
Они создают сложные колонии, которые служат основой биотопа и позволяют размещаться рядом или внутри них различным видам — свободноплавающим многощетинковым червям, морским огурцам, амфиподам и многочисленным моллюскам. Такие сообщества отличаются высокой специализированностью и тесными взаимосвязями между организмами. Геохимический состав донных осадков и промышленное присутствие гидратов метана в этих условиях указывают на потенциальное существование крупных запасов природного газа, который не только питает живые организмы, но и играет роль в глобальном углеродном цикле. Исследования показывают, что метан в виде гидратов стабилен на таких глубинах и может аккумулироваться в седиментах, задерживая значительные объёмы углерода. Такой процесс противоречит прежним представлениям, что субдукция неизбежно уносит органический углерод глубоким в земную кору.
Вместо этого часть органики преобразуется в метан и задерживается в седиментах, влияя на биохимические циклы и, возможно, регулируя выбросы парниковых газов в океан и атмосферу с геологической точки зрения. Научные наблюдения также отмечают, что подобные хемосинтетические сообщества, обнаруженные во время экспедиций на Курильско-Камчатском и западно-Алеутском желобах, имеют биогеографическую близость и частичные общие виды с аналогичными экосистемами в Японском и Марианском желобах. Это свидетельствует о существовании протяжённой сети глубоководных хемосинтетических сообществ, связанных тектонически и экосистемно, распространённых на огромной территории северной части Тихого океана. Таких масштабных экосистемных систем ранее не удавалось обнаружить. Исследования подчеркнули важность учёта хемосинтетических процессов в глобальных моделях углеродного цикла и климата, так как доля углеместного органического вещества, аккумулированного в виде метана в глубоководных осадках, может быть значительной.
Несмотря на экстремальные физические условия — колоссальное давление, низкие температуры и полное отсутствие света — жизнь в хадальной зоне демонстрирует невероятную адаптивность и разнообразие стратегий выживания. Открытие столь протяжённых и густых хемосинтетических сообществ на огромных глубинах вдохновляет к дальнейшему изучению глубоководных экосистем и повышает интерес к потенциалу биотехнологий и биоразнообразию экстримофилов. Кроме того, такие исследования помогают понять границы жизни на Земле и возможности существования живых организмов в аналогичных экстремальных условиях на других планетах и спутниках. Таким образом, новейшие научные данные открывают новую страницу в изучении океанских глубин. Они свидетельствуют о том, что химическая энергия, выделяющаяся вследствие геологических и микробиологических процессов, играет существенную роль в поддержании жизни и экосистем на крупнейших глубинах нашей планеты.
Процветающие хемосинтетические сообщества в хадальных желобах — это доказательство того, что жизнь неизменно ищет и находит пути выживания даже в самых неприветливых уголках Земли.
