Адальные желоба, самые глубокие места в океанах Земли, долгие годы оставались загадкой для науки. Они расположены на глубинах свыше шести километров, образуя природные колодцы, в которые постепенно спускается органический материал, становясь пищей для обитателей этого экстремального мира. Долгое время считалось, что основным источником энергии для жизни здесь является органика, опускающаяся с поверхности океана. Однако новейшие исследования, проведённые в 2024 году в Курило-Камчатском и западном Алеутском желобах, доказали существование масштабных хемосинтетических сообществ, где энергия для жизни поступает из глубинных геохимических процессов, а не от светоносного источника. Открытие опубликовано в специализированном научном журнале Nature, и оно существенно расширяет наше представление о биологических границах и устойчивости жизни на Земле.
Основу этих экосистем составляют представители семейств Siboglinidae и Bivalvia — трубочные черви и двустворчатые моллюски, которые питаются химически активными веществами, такими как метан и сероводород, источаемыми из глубоких слоёв морского дна. Распространённость данных сообществ протянулась на 2500 километров вдоль дна желобов на глубинах от 5800 до более чем 9500 метров, что говорит о масштабности данных явлений. Эти химические вещества, поддерживающие такие сообщества, поступают из глубоких слоёв седиментов, где под действием микроорганизмов образуется метан из разлагающегося органического вещества. Восходящие потоки вод, насыщенных метаном и сероводородом, проходят по разломам и трещинам тектонических плит, создавая уникальные условия для существования хемосинтетических организмов. Курило-Камчатский и Алеутский желоба, будучи зонах субдукции Тихоокеанской плиты под Североамериканскую плиту, отличаются повышенной тектонической активностью.
Разломы здесь образуют природные каналы для передвижения подземных газов и жидкостей, что способствует образованию холодных источников на морском дне — так называемых «холодных тарасов». Там, в условиях полного отсутствия солнечного света, жизнь адаптировалась использовать химическую энергию, превращая углерод и серу в биомассу в одном из самых экстремальных биотопов на планете. Основные обитатели этих экосистем — siboglinidные черви, у которых отсутствует пищеварительный тракт и которые поддерживают симбиотические отношения с бактериями, способными окислять сероводород. Симбионты обеспечивают животных необходимыми питательными веществами. Также в этих сообществах доминируют двустворчатые моллюски, подобные тем, что обнаружены на более мелководных гидротермальных источниках и холодных тарах по всему миру.
Морфологическое и генетическое разнообразие этих организмов указывает на адаптации, которые позволяют существовать при высоком давлении, низкой температуре и высоком содержании токсичных веществ. Метан, обнаруженный в гидротермальных источниках в этих слоях, имеет микробное происхождение. Изотопный анализ показал, что он формируется преимущественно через микробное восстановление углекислого газа, а не через тепловое разложение органики. Такие процессы протекают глубоко в осадочных отложениях, где под действием анаэробных бактерий происходит интенсивное преобразование органического материала в газообразные соединения. Присутствие метаногидратов — кристаллических форм метана, заключённых в водяной лед — в осадках подтверждает уникальные физико-химические условия существования этих сообществ.
Моделирование показало, что температура и давление в данных глубинах способствуют стабильности этих гидратов, играя роль резервуара для углеводородов в недрах океана. Формирование холодных тарасов у дна желобов напрямую связано с структурой литосферы, которая располагает мощные осадочные отложения, служащие источником органического вещества. Эти вещества падают вниз, аккумулируясь в глубокой впадине, где осадки со временем уплотняются. Тектонические процессы создают в разломах пути для восхождения газов и жидкостей, которые выходят на морское дно, формируя уникальные биотопы. Уникальность этих сообществ заключается не только в их выживании на большой глубине и экстремальных условиях, но и в огромной плотности и разнообразии организмов.
В некоторых областях на квадратный метр дна приходится несколько тысяч организмов, что свидетельствует о высокой продуктивности и биологическом значении этих экосистем. При наличии такого комплексного хемосинтеза перераспределяются углеродные потоки, и это влияет на углеродный цикл в глобальном масштабе. Раньше считалось, что углерод опускается в глубокие океанические желоба и далее погружается в литосферу. Однако текущие данные показывают, что часть этого углерода преобразуется на месте, частично запасаясь в виде метана и метаногидратов, а часть возвращается обратно в океанскую систему через выходы из седиментов. Это обусловливает пересмотр моделей глобального углеродного цикла и климатического баланса, поскольку глубоководные хемосинтетические сообщества являются важным звеном в биогеохимических процессах.
Кроме того, широкое распространение подобных сообществ в разных океанических желобах указывает на общую геологическую и биологическую закономерность. Анализы и наблюдения из Японского и Марианского желобов свидетельствуют о похожих явлениях, что поддерживает гипотезу о глобальном связывании глубоководных хемосинтетических экосистем в Северной части Тихого океана и, возможно, за её пределами. Важность открытия имеет не только научное, но и прикладное значение. Данные уникальные глубинные биотопы, благодаря своей устойчивости и адаптивности, могут стать объектом биотехнологических исследований. Изучение механизмов выживания и биохимических путей этих организмов поможет развитию новых направлений в биомедицине и промышленности.
Кроме того, потенциальные запасы метаногидратов, с учётом их энергетического потенциала, рассматриваются как возможный ресурс будущего, хотя добыча таких ресурсов сопряжена с экологическими рисками. Текущее исследование стало возможным благодаря использованию уникального оборудования — глубоководного пилотируемого аппарата «Фендоучэ», способного погружаться на глубины до 11 000 метров. Современные технологии, включая высокоточные гидролокационные системы и методы изотопного анализа, позволили не только обнаружить, но и подробно изучить состав и структуру сообществ, а также их геохимическую среду. После открытия остается много нерешённых вопросов, касающихся динамики этих экосистем, их реакции на изменение климата, взаимодействия с другими слоями морской среды и роли в глобальных биогеохимических циклах. Планируются дальнейшие экспедиции и исследования, направленные на понимание широты и механизмов жизни в так называемой «последней биосфере» Земли.
Таким образом, проявление жизни на самых экстремальных глубинах планеты демонстрирует удивительную способность биосферы к адаптации. Открытие крупномасштабных хемосинтетических экосистем в самом дне океанских желобов коренным образом меняет представления о глубинах, пригодных для жизни, источниках энергии и биологических взаимодействиях в гидросфере. Эти данные усиливают понимание того, что Земля — это динамичная система, где жизнь может процветать в самых неожиданных местах, питаемая не светом, а химической энергией из глубин её недр.
