Хадальные желоба – самые глубокие части океанского дна, представляющие собой узкие и удлинённые впадины, достигающие глубин свыше 6000 метров. Эти отдалённые уголки планеты долгое время оставались малоизученными из-за экстремальных условий и технических сложностей их исследования. Совсем недавно, благодаря развитию глубоководных субмарин и современных технологий, учёные получили возможность проникнуть в эти загадочные среды и встретили там нечто поистине удивительное – процветающие сообщества, базирующиеся на процессе хемосинтеза, что изменяет традиционное понимание о жизнеспособности и биоразнообразии в экстремальных глубинах океана. Основа жизни в таких местах – не солнечный свет, а химическая энергия, выделяемая в результате взаимодействия сульфидов и метана с окружающей средой. В отличие от фотосинтеза, где энергия поступает от солнца, хемосинтез использует неорганические химические соединения для синтеза органического вещества.
Эти процессы поддерживают уникальные экосистемы, населяемые специализированными организмами, среди которых доминируют трубчатые черви из семейства Siboglinidae и многочисленные виды двустворчатых моллюсков, адаптированные к жизни при колоссальном давлении и низких температурах на глубинах, где ранее считалось невозможным существование. Ключевым регионом исследований стали Курильско-Камчатский желоб и западный Алеутский желоб – зоны активного субдукционного взаимодействия Тихоокеанской и Североамериканской плит. В этих областях обнаружены масштабные сосредоточения хемосинтезирующих организмов, простирающиеся на более чем 2500 километров и расположенные на глубинах от 5800 до 9533 метров. Такие сообщества характеризуются очень высокой плотностью заселения – количество трубчатых червей может превосходить 5800 особей на квадратный метр, а двустворчатых моллюсков достигает почти трехсот. Открытие столь развитых и многочисленных экосистем в подобных условиях ставит под сомнение устоявшиеся модели жизни в экстремальных зонах и требует переосмысления биогеохимических механизмов глубоководных экосистем.
Исследования геохимии донных осадков и геофизические данные позволяют определить источники и механизм возникновения этих хемосинтетических сообществ. Органический материал, образующийся в результате продуктивной фотосинтетической активности на поверхностных слоях океана, накапливается в глубоководных желобах благодаря их характерной V-образной топографии. Этот материал под влиянием анокисляющих условий, низких температур и высокого давления подвергается микробиальной переработке, вызывая образование богатых метаном и сероводородом растворов. Газообразные соединения мигрируют через глубокие слои осадков и выходят на поверхность через сетевые системы трещин и разломов, что создаёт условия для жизни хемосинтезирующих организмов. Исследования изотопного состава метана указывают на микробное происхождение газа, продуцируемого путем восстановления углекислого газа в глубоких слоях осадков.
Это подтверждается уникальными значениями стабильных изотопов углерода и водорода, а также отсутствием термогенного метана. Таким образом, метаногенез, происходящий в донных отложениях, является главным источником химической энергии для поддержания жизни в этих хемосинтетических сообществах. Метан и сероводород, проникая в верхние слои донных осадков и выходя на поверхность, становятся топливом для микробных сообществ, а затем и для более сложных организмов, таких как трубчатые черви и моллюски. Одним из наиболее значимых открытий в ходе экспедиции стало обнаружение самого глубокого в мире места с активным газовыделением на глубине 9533 метров в Курильско-Камчатском желобе. Колонии трубчатых червей этого места насчитывают тысячи особей и простираются на несколько километров, создавая уникальные морские биоценозы.
Их кухни заполнены длинными полыми трубками, внутри которых обитают симбиотические бактерии, осуществляющие хемосинтез и обеспечивающие организме хозяина питательными веществами. Вокруг таких колоний обитают разнообразные представители мегафауны – свободноживущие полихеты, брюхоногие моллюски, морские огурцы и амфиподы, которые сотрудничают в сложных пищевых сетях. В условиях экстремального давления и температуры животные адаптированы к использованию малоизвестных биохимических путей для поддержания метаболизма и продолжения рода. Помимо морфологических и поведенческих адаптаций, особое внимание уделяется их микробиологическим симбионтам, которые становятся ключевыми элементами обмена веществ и энергетического кругооборота на дне океана. Такой симбиоз представляет собой уникальный пример интеграции жизни в условиях, казалось бы, непригодных для неё.
Геологические особенности Курильско-Камчатского и Алеутского желобов способствуют формированию данных экосистем. Субдукция и движение литосферных плит создают активные разломы и трещины, позволяющие метану и сероводороду проникать из глубоких слоев осадков на поверхность морского дна. В отличие от более мелководных холодных источников, наблюдаемых в других регионах, хадальные холодные источники простираются вдоль базальтовых оснований аккреционных призм и обладают уникальными геохимическими характеристиками. Формирование газогидратов в глубоких слоях осадков добавляет ещё один уровень сложности в понимании процессов, происходящих в глубоководной среде. Газогидраты выступают в качестве природных резервуаров метана, способствуя его концентрации и постепенному выделению в окружающую среду через геологические разломы.
Это не только поддерживает хемосинтетические экосистемы, но и играет важную роль в глобальном углеродном цикле и потенциале изменения климата, учитывая метан как мощный парниковый газ. Новейшие открытия в хемосинтетической биологии и геохимии субмаринной среды подчеркнули роль глубоководных трещин в поддержании биоразнообразия и биогеохимических процессов океана. Понимание процессов, протекающих в хадальных зонах, может кардинально изменить представления об источниках энергии, поддерживающих глубоководную жизнь, и расширить границы известных экологических ниш на планете. Исследование этих экосистем также открывает перспективы для новых направлений в биотехнологии, изучении экстремофильных организмов и поисках аналогий с возможной жизнью в условиях экстремальных планетарных сред за пределами Земли. Сегодня хадальные желоба перестают быть просто географическими объектами, превращаясь в лаборатории, где изучается адаптация жизни к предельным условиям.
