Глубины океана всегда привлекали внимание учёных своей загадочностью и недоступностью. Наиболее экстремальные условия, царящие в хадальных зонах, достигающих глубин свыше шести километров, долго оставались почти неизведанными. Недавние экспедиции в Курильско-Камчатский и западный Алеутский желоба представили миру невиданный уровень развития хемосинтетических сообществ, обитающих в этих темных, холодных и сверхдавленных местах. Эти открытия не только изменили представления о предельных возможностях жизни на Земле, но и раскрыли новые механизмы, способствующие переработке углерода в глубоководных экосистемах. Хемосинтез представляет собой процесс образования органических веществ из неорганических компонентов с помощью энергии, высвобождаемой при химических реакциях.
В отличие от фотосинтеза, где основным источником энергии является солнечный свет, хемосинтетические организмы используют энергию, выделяющуюся в результате окисления соединений, таких как водород сульфид и метан. Именно благодаря этому механизму возможно существование полноценных экосистем в абсолютной темноте океанских глубин, где солнечные лучи никогда не проникают. Исследования, проведённые в 2024 году с использованием глубоководного батискафа «Фэндоужэ» в рамках экспедиции на Курильско-Камчатский и западный Алеутский желоба, выявили обширные зоны распространения хемосинтезирующих сообществ на глубинах от 5800 до 9533 метров. На протяжении более 2500 километров дна были обнаружены области, где преобладают трубчатые черви из семейства Siboglinidae и разнообразные двустворчатые моллюски. Эти сообщества развиваются на участках выхода богатых сероводородом и метаном растворов, поступающих через разломы в глубинных слоях донных отложений.
Геологическое строение указанного региона обусловлено активной тектоникой, взаимодействием Тихоокеанской и Североамериканской плит, что способствует формированию многочисленных разломов и трещин, обеспечивающих миграцию химически богатых флюидов к поверхности. Хада́льные желоба формируются за счёт субдукции, когда одна океаническая плита погружается под другую. Такое геодинамическое давление способствует сжатию отложений и миграции метана и сероводорода, которые питают хемосинтетические биотопы. Уникальность обнаруженных экосистем заключается в их исключительной плотности и разнообразии видов, способных к выживанию в условиях экстремального давления и отсутствия света. Основу этих сообществ составляют френулаты — нитевидные трубчатые черви, обладающие симбиотическими бактериями, способными осуществлять хемосинтез.
Кроме того, там обитают моллюски, неотъемлемые части биоты холодных источников, их раковины часто скрыты в донных осадках или прочно закреплены на субстрате. Многообразие хемосинтетической фауны достигает таких масштабов, что в некоторых местах плотность обитателей превышает тысячу особей на квадратный метр. Проведённый геохимический анализ подтвердил микробное происхождение метана в данных биотопах. Значения стабильных изотопов углерода и водорода указывают на процессы микробного восстановления углекислого газа, сопровождающиеся выделением метана. Этот процесс является важным компонентом глубокосубсеверной биосферы, которая, как оказалось, активно участвует в углеродном цикле и может способствовать аккумуляции значительных запасов углерода в форме метановых гидратов.
Важной особенностью исследованных зон является наличие метановых гидратов — твёрдых форм метана, связанных водой, которые устойчивы при низкой температуре и высоком давлении, характерных для глубоководных условий. Эти гидраты служат не только энергетическим ресурсом для обитателей, но и потенциальным долгосрочным резервуаром углерода, ограничивающим выбросы метана в океан и атмосферу. Формирование таких хемосинтетических экосистем в хадальных желобах диктуется уникальными геологическими и биогеохимическими процессами. Органические вещества, образующиеся в результате высокопродуктивных поверхностных процессов, например, весенних цветений фитопланктона, постепенно оседают в желобах и аккумулируются благодаря специфическому V-образному рельефу дна. При этом оползни и сейсмические события способствуют перераспределению органического детрита и стимулируют микробную активность по преобразованию углерода и образованию метана.
Поднимающиеся жидкие потоки с высоким содержанием сероводорода и метана, проходя по разломам и трещинам, создают благоприятную среду для развития хемосинтетических бактерий и, соответственно, для метаболизма высших организмов, образующих устойчивые сообщества. Такой цикл превращения органического вещества и его использование биотой подтверждает важность глубоководных систем в глобальной биогеохимии. Вклад этих экосистем в общее функционирование океана сложно переоценить. Помимо непосредственного использования геохимических ресурсов, хемосинтетические сообщества обеспечивают трофическую основу для многочисленных гетеротрофных организмов, таким образом влияя на расположение и разнообразие донной фауны на обширных территориях. Это меняет представления учёных о доминирующих источниках энергии в глубоких частях океана, где считалось, что всё живое питается остатками поверхностного органического материала и падалью.
Расширение знаний о глубинной жизни приобретает особую актуальность на фоне современных климатических изменений и необходимости глубокого понимания глобальной углеродной динамики. Обнаружение активных метаногенетических процессов и хранилищ метана в глубоководных желобах демонстрирует, что подводные биосферы играют существенную роль в регуляции парниковых газов, а также влияют на химический состав океанических вод. Данные, полученные в последние годы, указывают на то, что подобные экосистемы могут быть гораздо более распространены, чем предполагалось ранее, в различных океанических западинах с геологическими условиями, сходными с Курильско-Камчатским и Алеутским желобами. Это открывает большие перспективы для дальнейших многонациональных экспедиций и исследований, направленных на изучение биоразнообразия, адаптационных механизмов и биотехнологического потенциала этих организмов. Кроме того, изучение физиологических особенностей хемосинтетических организмов, работающих в условиях высокого давления, может способствовать разработке новых подходов в биомедицине и промышленности, а также помочь в понимании границ жизни как на Земле, так и на других небесных телах с экстремальными условиями.
В заключение, открытия, сделанные в глубинах хадальных желобов, свидетельствуют о том, что жизнь на нашей планете обладает удивительной приспособляемостью и способна развиваться в самых суровых и ранее недостижимых местах. Эти экосистемы не только расширяют наши знания о биологических границах, но и подчёркивают важность интеграции глубинных океанических процессов в современные модели глобального изменения климата и углеродного баланса. Их изучение открывает захватывающие возможности для дальнейших научных исследований и разработки новых технологий, направленных на устойчивое освоение ресурсов и сохранение уникального природного наследия.
