Гадальные глубины океана — это одни из малоизученных и самых экстремальных мест на Земле. Расположенные в глубоководных желобах, которые могут превышать глубину 6000 метров, эти экосистемы характеризуются громадным давлением, низкими температурами и полным отсутствием света. Однако недавно полученные данные кардинально меняют представления о природе жизни в этих областях. Открытия последних экспедиций доказали, что жизнь на таких глубинах не только существует, но и процветает, опираясь на хемосинтетические процессы — фундаментальную альтернативу фотосинтезу, основанную на использовании химической энергии. Исследования, проведённые на Курило-Камчатском и западном Алеутском желобах с применением глубоководного пилотируемого аппарата Fendouzhe, раскрыли крупнейшие на планете сообщества хемосинтетической жизни.
Они преимущественно представлены трубочниками из семейства сибоглинид (Siboglinidae) и двустворчатыми моллюсками (Bivalvia), такие как везикомииды и тиасириды, формирующими густые колонии сжимающейся протяжённостью почти 2500 километров и залегающими на глубинах от 5800 до 9533 метров. Эти сообщества питаются химической энергией, а именно — от сероводородных и метановых источников, проникающих к поверхности через геологические разломы и трещины в осадочных породах. Уникальность таких сообществ заключается в их серьезном расширении среды обитания чём ранее считалось возможным. Хотя хемосинтетические сообщества на глубоководных гидротермальных источниках и холодных выбросах давно известны, их обнаружение на таких больших глубинах и в таких масштабах выделяет новые горизонты для понимания биоразнообразия в самых глубоких частях океана. Там, где особенно пересекаются активные тектонические разломы и субдукционные зоны, создаются благоприятные условия для миграции химически богатых флюидов, что становится локальным источником энергии для жизни в абсолютной темноте и сжатой среде.
Геологический контекст исследуемого района представляет собой уникальный комплекс, сформированный за счёт взаимодействия Тихоокеанской плиты и Североамериканской плиты. Курило-Камчатский желоб, длиной около 2100 км, достигает глубины до почти 9600 м и характеризуется затяжным субдукционным процессом. Западный Алеутский желоб, простирающийся свыше 2900 км от Аляски до Камчатки, демонстрирует сходные тектонические особенности и также располагает благоприятными условиями для формирования хемосинтетических экосистем. Благодаря этим тектоническим и геологическим условиям появились естественные «проводники» для восходящих потоков метана и сероводорода длиной в сотни километров. Собираемые образцы грунта и воды из этих областей демонстрируют богатое содержание микробного метана и ставят под сомнение прежние представления о том, что глубочайшие океанские зоны практически лишены собственных источников энергии, а живые существа зависят исключительно от падения органического материала с поверхности.
В действительности, микробиальные сообщества глубоко под осадочными слоями активно продуцируют метан путём углеродного восстановления, что вкупе с высоким содержанием сероводорода создает уникальную химическую основу для существования специализированных животных. Обнаруженные сообщества, состоящие главным образом из трубочник-полихет и двустворчатых моллюсков, демонстрируют впечатляющие численности — тысячи организмов на квадратный метр. Такие организмы обладают симбиотическими отношениями с бактериями, которые способны осуществлять хемосинтез, то есть производить органические молекулы, используя энергию, высвобождаемую при окислении неорганических веществ, таких как сероводород и метан. Эта особенность позволяет им выживать и процветать в условиях полного отсутствия солнечного света. Изотопные исследования метана свидетельствуют о его микробном происхождении, что подтверждается характерными значениями изотопов углерода и водорода.
Данные также указывают на работу биогеохимических циклов, включающих анаэробное окисление метана, редукцию сульфатов, а также диагенетические процессы в осадках. Наличие минерала икайта — метастабильного шестиугольного гидрата кальциевого карбоната — подтверждает сложности химических реакций в местах выхода флюидов и их влияние на химию осадков. Особенностью таких сообществ является их полифункциональность и взаимодействие с гетеротрофными организмами, такими как морские анемоны, голотурии и ракообразные амфиподы, что свидетельствует о сложных пищевых сетях на глубинах более 5 километров. Вопреки устоявшемуся мнению, что питание в гадальной зоне исключительно детритно-органическое, получение энергии через хемосинтез заметно меняет структуру всего экосистемного комплекса. Геологическая модель зон с холодными выходами (cold seeps) предполагает, что везикулярные процессы внутри осадочных толщ приводят к накоплению метана и газогидратов под непроницаемыми слоями.
Под действием тектонических движений и субдукционного давления эти вещества мигрируют вдоль разломов и проникают на поверхность в виде холодных источников, что создает локальные микроокружения с высокой химической энергией, поддерживаемые как бактериями, так и более сложными формами жизни. Появление такой обширной системы хемосинтетических сообществ в двух крупнейших гадальных желобах Северного Тихого океана меняет наше понимание границ жизни на планете и ее энергетических основ. Эти открытия указывают на то, что биогеохимические циклы и биосферные функции в экстремальных глубинах значительно сложнее, чем считалось ранее. Активное метанообеспечение области позволит не только расширить биогеографические карты глубинных видов, но и пересмотреть прогнозы по утилизации углерода в океанских субдукционных зонах. Кроме того, потенциальное распространение мощных газогидратных скоплений в глубинах океана открывает новые перспективы для понимания мирового углеродного цикла и запасов природных ископаемых.
