Хадальные желоба представляют собой самые глубокие, самые малоизученные и загадочные места на планете. Эти узкие и глубоководные впадины океанов достигают глубин более 6000 метров, а в некоторых местах — практически 11 километров. Именно здесь на стыке геологических плит и под влиянием экстремального давления и отсутствия света развивается уникальная форма жизни — хемосинтетические сообщества. В отличии от фотосинтетических экосистем, эти организмы получают энергию не от солнца, а от химических реакций, в частности, превращая вещества как водород сульфид и метан в пищу для построения биомассы. Недавние экспедиции в Курильско-Камчатский и западный Алеутский желоба раскрыли масштабы распространения и богатство таких сообществ, которые ранее считались чрезвычайно редкими или вовсе отсутствующими на больших глубинах.
Во время исследований, проведённых в 2024 году с использованием глубоководного пилотируемого аппарата «Фэндоуже», были найдены активно функционирующие сообщества, простирающиеся на расстояние около 2500 километров и обитающие на глубинах от 5800 до 9533 метров. Доминирующими видами в этих сообществах оказались черви Siboglinidae и различные двустворчатые моллюски. Характерной чертой оказалось то, что эти организмы поддерживаются химическими потоками, богатыми водородом сульфидом и метаном, которые поднимаются через разломы в грунте, образованные геологическими процессами, одновременно способствуя формированию микробиологической продукции метана из органического вещества, осевшего на дне. Особое значение для учёных имеет открытие того, что продукция метана в столь глубоком океаническом слое обусловлена микробиологическими процессами, происходящими при анаэробном восстановлении углекислого газа, а не термогенным путём. Эти данные были подтверждены анализом стабильных изотопов углерода и водорода в образцах метана, что позволяет лучше понять механизмы функционирования глубоководных экосистем и углеродного цикла на планете в целом.
Сообщества хемосинтетических организмов на таких глубинах удивляют своим разнообразием и плотностью. Например, плотность существ, как Siboglinidae, может превышать 5800 особей на квадратный метр, что свидетельствует о крайне благоприятных условиях для их существования в этих средах. Кроме того, была зафиксирована широкая гамма вида: различные виды червей, морских моллюсков, ракообразных и других обитателей глубоководного дна образуют сложные и взаимосвязанные экосистемы. Зачастую эти сообщества включают в себя не только специализированных хемосимбиотических обитателей, но и гетеротрофных существ, которые зависят от продукции первых, расширяя влияние хемосинтеза на глубоководную пищевую сеть. Удивительным открытием стала обнаруженная глубочайшая точка с хемосинтетической жизнью, названная исследователями "Глубочайшим" местом в Курильско-Камчатском желобе на глубине 9533 метра.
Здесь обнаружена живая колония червей-сибоглинид, живущих на границе между осадочными слоями и твердыми породами, а также вблизи зоны активных нормальных разломов. Эти обнаружения бросают вызов существующим представлениям о том, где может зарождаться и поддерживаться жизнь, а также о сложных биогеохимических процессах, происходящих в таких экстремальных условиях. Геологическая модель формирования этих холодных источников существенно отличается от более известных траншей и шельфовых зон. Наклонные плиты и активности разломов способствуют накоплению обильного органического вещества, которое проникает в полости осадочных толщ. Там благодаря анаэробной микробной деятельности происходит добыча энергии с выделением метана, который мигрирует через породы и выходит на поверхность в виде холодных источников.
Эти потоки служат энергетической базой для липкой и разнообразной жизни, существующей в этих непроницаемых и темных глубинах. Помимо биологических аспектов, такая активность также имеет важное значение для понимания глобального углеродного баланса и роли глубоководных экосистем в регулировании выработки и накопления метана. Метан является мощным парниковым газом, а его выделение из глубоководных слоёв может влиять на климатические процессы. Открытые резервуары метана и гидратов в донных осадках хадальных желобов могут представлять собой значительный запас углеродного цикла, ранее не учитываемый в глобальных моделях. Изучение подобных экосистем требует применения передовых технологий и специализированных аппаратов, способных работать на рекордных глубинах океана.
Использование аппаратуры, такой как пилотируемый глубоководный аппарат «Фэндоуже», оснащённого камерами высокой чёткости и инструментами для отбора образцов, обеспечивает получение уникальных данных о биологии, геохимии и геологии этих областей. Такой комплексный подход помогает лучше понять не только существующие сообщества, но и механизмы их формирования и функционирования. Результаты исследований имеют огромный научный и практический потенциал. Помимо вклада в теорию экстремальной биологии и экологии глубоководных систем, эти открытия могут вдохновить новые направления в биотехнологиях, охране окружающей среды и понимании влияния глубинных процессов на глобальные циклы веществ. Кроме того, изучение таких сообществ может дать ответы на фундаментальные вопросы о происхождении и адаптации жизни в условиях, максимально приближенных к экстремальным, и о возможностях жизни в подобной форме в других частях вселенной.
Открытие процветающих хемосинтетических экосистем в самых глубоких частях океана также вновь поднимает вопрос о необходимости защиты и сохранения этих уникальных сред обитания. Из-за своей изолированности и хрупкости такие сообщества подвержены рискам от антропогенной деятельности, особенно с учётом планов по разработке ресурсов глубоководных зон. Комплексное понимание биологических и геохимических процессов, происходящих на дне хадальных желобов, позволяет вырабатывать эффективные меры для сохранения и устойчивого использования этих экосистем. Таким образом, современные исследования глубинных морей раскрывают всё новые и новые возможности для науки. Понимание существования и роли хемосинтетических сообществ в самых глубоких океанских впадинах даёт ключ к пониманию универсальных законов природы и жизнеустойчивости.
Эти открытия не только расширяют границы наших знаний о биосфере Земли, но и укрепляют связи между геологией, биологией и климатологией в общей картине функционирования планеты как единого живого организма.
