Хадальные океанические желоба, пролегающие на глубинах более 6000 метров, представляют собой одни из наименее изученных и самых экстремальных морских экосистем на планете. Долгое время считалось, что на таких глубинах жизнь ограничена из-за недостатка энергии и крайне суровых условий — давления, низких температур и полной темноты. Однако последние экспедиции и исследования доказали противоположное, выявив цветущие сообщества живых организмов, питающихся исключительно за счёт хемосинтеза — процессом преобразования неорганических химических веществ в органические, при отсутствии света. Эти открытия полностью меняют представление о том, на каких глубинах и в каких условиях может существовать жизнь на Земле. Ключевым прорывом стало исследование, проведённое в 2024 году в области Курильско-Камчатского и западного Алеутского желобов с использованием глубоководного пилотируемого аппарата «Фендоучжэ».
Во время серии погружений на глубины от 5800 до 9533 метров учёные впервые обнаружили и задокументировали одни из самых обширных и разнообразных хемосинтетических сообществ, известных на сегодняшний день. Эти сообщества, в основе которых лежат трубочные черви (сибоглиноиды) и двустворчатые моллюски, занимают протяжённую зону длиной около 2500 километров, протянувшуюся вдоль аккреционных призм внизу желобов. Жизнь в таких глубинах поддерживается благодаря выделению гидроген сульфида и метана, которые мигрируют по разломам и трещинам земной коры из глубинных слоёв осадков. Метан образуется там преимущественно микробным путём — посредством метаногенеза, связанного с разложением органического вещества, отложенного в толщах осадков. Изотопный анализ газов подтвердил биогенный характер источника метана, что свидетельствует о наличии активного и процветающего микробного сообщества, способного использовать не только поверхностные ресурсы, но и энергию химических веществ, находящихся в недрах земли.
Особенностью обнаруженных сообществ является их видовой состав и структура, которые отличаются от ранее известных сообществ в более мелководных областях. В Курильско-Камчатском желобе преобладают глухозубые трубочные черви нескольких разновидностей, таких как Lamellisabella, Polybrachia, Spirobrachia и Zenkevitchiana. Они образуют густые колонии, располагаясь в многочисленных трубках длиной 20–30 сантиметров. Вокруг них сосредоточены разнообразные виды трубочниковых и других морских беспозвоночных, в том числе подвижные многощетинковые черви и гастроподы, которые образуют сложную экосистему на границе затапливаемого донного осадка и геологической основы аккреционного комплекса. В западном Алеутском жёлобе, напротив, доминируют двустворчатые моллюски, преимущественно представители семейства Vesicomyidae, и амфаретовые многощетинковые черви, живущие в трубах.
Здесь также были выявлены разнообразные бивалвии-тиазариды, соединяющие свои жизни с хемосинтезирующими бактериями, что обеспечивает им энергию в условиях полного отсутствия света и дефицита обычных источников пищи. Появление таких обширных и устойчивых сообществ на столь больших глубинах находится в прямом противоречии с традиционными представлениями о границах жизни, предполагающими, что энергия для поддержания жизни в глубинах океана поступает только за счёт падения органического вещества из поверхностных вод. Обнаружение хемосинтетических экосистем доказывает важность химических источников энергии, которые создают локальные оазисы биологической активности и роста даже в самых мрачных и холодных уголках планеты. Геологические условия, способствующие формированию таких сред, уникальны. Желоба образуются в местах субдукции литосферных плит, где одна плита погружается под другую, создавая сложную сеть разломов и разведочных каналов для перемещения жидкостей и газов.
Наряду с этим, особый рельеф с глубокой V-образной впадиной способствует накоплению существенного слоя органического вещества, которое поступает как из поверхностных вод, так и со склонов желобов в результате гравитационных потоков и геологических событий, таких как землетрясения и оползни. Такой постоянный приток субстрата подкрепляет микробный метаногенез и образование гидроген сульфида — химических веществ, необходимых для существования хемосинтезирующих сообществ. Также значимым открытием стало выявление в донных осадках так называемых «икаитовых» кристаллов — специфической формы гидратизированного карбоната кальция с шестью молекулами воды. Содержание этих минералов указывает на интенсивный биогеохимический процесс кальцитации в условиях химического баланса гидрофильных и гидрофобных соединений, который напрямую связан с диоксидом углерода, выделяемым при микробном разложении органики и окислении метана у холодных извержений. Данные, собранные во время экспедиции, указывают на то, что метан на таких глубинах существует преимущественно в растворённом виде или в форме метановых гидратов — твёрдых форм газа, заключённого в ледяную структуру, которая стабилизируется высокой гидростатической нагрузкой и низкими температурами.
Это подтверждает отсутствие газообразных пузырьков, которые обычно наблюдаются на более мелких глубинах при извержениях газа. Наличие гидратов метана в осадках потенциально представляет собой значительный резервуар углерода и энергоносителей, способный воздействовать на глобальный углеродный цикл и климатические процессы в долгосрочной перспективе. Выявленные сообщества и сопровождающие их процессы бросают вызов существующим моделям углеродного цикла в глубоководных структурах и поднимают множество вопросов касательно взаимодействия биологических и геохимических процессов в глубоких областях Мирового океана. Предполагается, что энергоснабжение, получаемое от хемосинтеза, может быть существенно недооценено в моделях питательных цепей и энергетического баланса глубоководных сообществ, особенно в самых глубоких и изолированных экосистемах. Кроме того, стабилизация и накопление метана в гидратных формах свидетельствует о потенциальных ресурсах природного газа на глубинах, которые до этого времени считались недоступными и неперспективными.
Несмотря на экстремальные условия, обнаружение жизни и активных биогеохимических циклов в таких местах открывает новые горизонты для изучения пределов жизни и возможностей добычи полезных ископаемых под океаном. Важность этих открытий не ограничивается биологией и геологией. Они имеют непосредственное отношение к глобальным экологическим и климатическим изменениям, поскольку глубоководные метановые гидраты могут играть ключевую роль в регуляции концентрации парниковых газов в атмосфере и служить индикатором устойчивости экосистем и геологических процессов. Изучение хемосинтетических экосистем на таких глубинах поможет лучше понять, каким образом природные процессы регулируют выбросы и абсорбцию метана, а также как животные и микробы адаптируются к экстремальным условиям, что важно для предсказания последствий климатических изменений. Таким образом, открытия в Курильско-Камчатском и западном Алеутском желобах становятся важной вехой в океанографии и морской биологии.
Они расширяют рамки обитаемой среды, показывают поистине исключительные примеры адаптации жизни и поднимают новые вопросы об энергетических потоках, лежащих в основе самых глубоководных экосистем. Эти находки побуждают к усилению исследований и постоянному мониторингу глубоководных сред с помощью современных технологий подводных аппаратов, что неизбежно приведёт к более полному и точному пониманию биосферы нашей планеты.
