Экстремальные глубины океанических желобов, известных как адские зоны, долгие годы оставались одними из самых малоизученных и загадочных уголков планеты. Эти природные впадины, уходящие на глубину более 6000 метров, были скрыты от глаз ученых и служили ареной для поиска пределов жизни в экстремальных условиях. Недавнее открытие процветающих сообществ хемосинтетической жизни в глубоководных частях таких желобов, как Курильско-Камчатский и западный Алеутинский, открыло новую страницу в понимании глубоководной биологии и геохимии. Это исследование бросает вызов устоявшимся представлениям о существовании жизни в адах океана и раскрывает механизм ее поддержания через химическую энергию, выходящую из недр Земли. Хемосинтез — процесс преобразования неорганических соединений в органические вещества жизнедеятельности под воздействием энергии химических реакций — давно известен на примере гидротермальных источников и холодных источников метана.
Однако приспособление организмов к экстремальному давлению, отсутствию света и низким температурам, особенно в зонах глубже 6000 метров, считалось крайне ограниченным. Обнаружение густых популяций трубчатых червей семейства сибоглинид и разнообразных двустворчатых моллюсков в глубинах до 9533 метров, сопровождаемых микробными сообществами, доказывает, что хемосинтетическая жизнь может процветать в самых экстремальных условиях планеты. Геологические особенности этих участков сыграли ключевую роль в формировании уникальных условий для жизни. Желоба образуются в результате субдукции океанических плит, где одна плита погружается под другую, создавая депрессивные структуры с характерной V-образной топографией. В таких бухтах происходит накопление большого объема органического вещества, как с поверхности океана, так и с прилегающих склонов благодаря процессов осыпания и селей.
Давление и деформации пород вызывают образование продольных разломов и нормальных сбросов, которые служат каналами для миграции насыщенных метаном и сульфидом жидкостей из глубоких слоев осадков к поверхности. Метан, обнаруженный в породах и осадках, имеет микробное происхождение, что подтверждается изотопными анализами углерода и водорода. Микроорганизмы глубинных слоев восстанавливают углекислый газ, вырабатывая метан, который впоследствии мигрирует по трещинам и выходит на поверхность, поддерживая хемосинтетические сообщества. Такие процессы не только создают благоприятную среду для специализированных организмов, но и вносят значительный вклад в углеродный цикл и энергетический баланс глубинных экосистем. Фауна, населяющая эти гидрокарбонатные участки, отличается высоким разнообразием и плотностью.
Трубчатые черви с полыми, заполненными красным гемоглобином щупальцами и двустворчатые моллюски, обладающие симбиотическими бактериями, раскрывают редкие адаптации дыхательной и пищевой систем, позволяющие использовать химическую энергию. Кроме того, в сообществах выявлены виды сопровождающих организмов — свободноплавающие черви, морские лилии, морские огурцы и амфиподы, чья жизнь непосредственно или косвенно связана с продукцией хемосинтетиков. Такое биоразнообразие в экстремальных условиях свидетельствует о целостной экосистеме с замкнутыми энергетическими и питательными цепями. Одним из значимых открытий стала обширная зона хемосинтетических сообществ, протянувшаяся на 2500 километров вдоль дна обоих желобов. Это не просто случайные очаги жизни, а масштабный и устойчивый экосистемный комплекс, который, вероятно, присутствует и в других глубоководных желудях с похожими геотектоническими условиями.
Таким образом, распространенность и влияние таких систем значительно недооценивались ранее. Особое внимание ученых привлекли процессы формирования газовых гидратов — твердых кристаллических структур, в которых молекулы метана заключены в ледяную решетку. Расчеты и наблюдения подтверждают существование зон стабильности гидратов метана на таких глубинах. Накопления метана в форме гидратов вблизи или под поверхностью дна могут иметь важное значение в контексте долгосрочного углеродного запаса и глобального климата. Они играют роль как источника биохимической энергии для экосистем, так и потенциального резерва парникового газа.
Открытия проливают свет на сложные биохимические и геохимические взаимосвязи, существующие в глубинах океана. Вопреки прежним теориям, в которых главными источниками энергии в адской зоне считались исключительно органические частицы с поверхности и трупы морских организмов, теперь становится очевидно, что внутри земной коры происходят активные процессы, создающие устойчивые условия для жизни, основанной на хемосинтезе. Перспективы дальнейших исследований включают детальное изучение микроорганизмов, ответственных за процессы метаногенеза и сульфатредукции, а также анализ влияния таких глубоководных экосистем на глобальные биогеохимические циклы. Особое значение имеет исследование возможного вклада этих систем в секвестрацию углерода, что поможет более точно моделировать климатические процессы и оценить потенциал глубоководных метановых гидратов как энергетического ресурса. В целом, выявленные сообщества в Курильско-Камчатском и западном Алеутинском желобах представляют собой пример того, как жизнь может находить опору и процветать в самых суровых средах планеты.
