В глубинах океанов существует загадочный и малоизученный мир — хадальные впадины, которые протянулись на тысячи километров и достигают глубин почти 11 километров. Эти зоны считаются одними из самых экстремальных для жизни мест на Земле, где давление, температура и условия обитания удивляют своей жестокостью. Однако последние исследования демонстрируют, что именно здесь, на самых невероятных глубинах, процветают целые сообщества организмов, которые питаются не за счёт солнечного света, а благодаря химическому синтезу — процессу, при котором микроорганизмы преобразуют химические соединения в органическое вещество. Эти открытия не только переосмысливают представления о границах жизни, но и открывают новое понимание роли глубокого океана в глобальном углеродном цикле и экологии. Первые подобные сообщества, питающиеся за счёт химического синтеза, были открыты на гидротермальных источниках.
Однако их присутствие в холодных «вытеканиях» метана и сероводорода зафиксировано в гораздо более широкой области, распространяясь от мелководья до больших глубин. Тем не менее, до недавнего времени считалось, что на больших глубинах хадальных впадин такая жизнь либо отсутствует, либо представлена редкими и небольшими группами организмов. Научная экспедиция, проведённая в 2024 году с использованием глубоководного субмарины «Фэндужэ», полностью изменила эту парадигму, обнаружив на огромной территории Курило-Камчатской и западной Алеутской впадин мощные хемосинтетические сообщества, простирающиеся более чем на 2500 километров. Уникальность этих находок состоит не только в масштабе и разнообразии, но и в удивительной глубине обитания — животные были замечены на глубинах от 5800 до более 9500 метров. Основными обитателями этих экосистем стали гигантские полихеты из семейства сибоглиновых и моллюски из класса двустворчатых.
Эти существа тесно связаны с микробными жизнями, перерабатывающими углеводородные жидкости, богатые метаном и сероводородом, выходящими через разломы морского дна. Именно эти химические вещества служат топливом для бактерий, которые синтезируют органику, поддерживая далее всю пищевую цепь. Такой тип питания называется хемосинтезом и противоположен фотосинтезу, который зависит от солнечного света. Особый интерес вызывают механизмы возникновения и распространения этих сред обитания. Исследования показали, что метан в этих впадинах имеет микробное происхождение, образуясь прямо в глубоких слоях осадков в результате разложения органического вещества.
Встречается он в виде растворённого газа и в гидратированной форме — в виде газогидратов метана, стабильно сохраняющихся под высоким давлением и низкой температурой. Такая форма позволяет удерживать метан в толще осадков на протяжении длительных периодов и служит резервуаром энергии в бескрайних глубинах океана. Геологическая структура региона играет важнейшую роль в формировании мест выхода этого метана на поверхность. В областях субдукции, где океаническая плита пододвигается под континентальную, образуются активные разломы и зоны стеснения, позволяющие метану мигрировать вверх по трещинам. Особенно важны здесь так называемые нормальные изгибающиеся разломы, расположенные у основания аккреционных призматов — горных массивов, которые формируются в зоне субдукции.
Именно эти разломы являются магистралями для гидротермальных и газовых жидкостей, обеспечивая связь осадков и морского дна с надводной средой. Экосистемы, созданные хемосинтетическими организмами, обладают уникальным разнообразием. Среди доминирующих видов — сибоглиновые черви, представляющие собой беспозвоночных, чьи тела заключены в трубки и занимающих очень плотные колонии, некоторые достигающие толщины в несколько десятков сантиметров. Вокруг них обитают многочисленные полихеты, морские гастроподы и моллюски, а также хищные и падальщики, включающие морских ежей, голотурий и ракообразных. Такая биота формирует сложную сеть взаимодействий, где организмы, получающие энергию от химических процессов, служат основой питания для других животных, таким образом влияя на всю глубоководную экосистему впадин.
Изучение химических составляющих осадков и жидкости показало характерные профили веществ, подтверждающих процессы анаэробного окисления метана, сульфатредукции и диагонических превращений органики. Такие биогеохимические реакции создают необходимые условия для формирования минералов, к примеру, уникального гидрата кальция — икайта, который появляется в осадках благодаря изменению химического состава и температуры, указывая на активное взаимодействие микробов и химии осадков. Важность этих открытий выходит далеко за рамки морской биологии. Наличие масштабных метановых резервуаров и связанной с ними жизнедеятельности свидетельствует о том, что глубоководные впадины играют значительную роль в глобальном углеродном цикле. Метан, являясь мощным парниковым газом, во многих случаях связан с дыханием микробных сообществ и постепенным хранением органического углерода в осадках.
Таким образом, хадальные экосистемы могут быть значительным фактором в регуляции климатических процессов и долгосрочного углеродного баланса планеты. Кроме того, интенсивная микробная активность, порождающая эти цепи хемосинтеза, даёт ключи к пониманию пределов жизнедеятельности. Организмы, живущие под экстремальным давлением и низкими температурами, обладают особыми физиологическими адаптациями, которые помогают переносить такие условия. Изучение этих механизмов может привести к открытиям в области биотехнологий, новых биохимических процессов и даже возможностей жизни на других планетах с экстремальными средами. Научная экспедиция и её уникальные технологии, в частности использование полноокеанской глубинной субмарины, позволили собрать и детально проанализировать образцы животных, осадков и химических соединений, а также снять высококачественные видеозаписи.
Совокупность геологических, биологических и химических данных создала полную картину экосистем, ранее считавшихся невозможными в столь глубоких точках океана. Открытия в Курило-Камчатской и западной Алеутской впадинах вдохновляют исследователей на продолжение изучения других глубоководных систем планеты. Благодаря геологическим сходствам подобные сообщества хемосинтетиков могут существовать по всему миру, включая Марианскую впадину и другие зоны субдукции. Это требует пересмотра представлений о биогеографии глубокого океана и оценки роли подземной жизни в поддержании экосистем на планетарном уровне. Таким образом, жизнь в самых глубоких частях океанов оказывается не только возможной, но и процветающей, построенной на энергии химических процессов, а не исключительно на солнечном свете.
Эти экосистемы расширяют границы понимания живых систем, показывая невероятную адаптивность и устойчивость жизни. Они также служат ключом для лучшего понимания взаимодействия геологии, химии и биологии в самых труднодоступных областях нашей планеты, раскрывая новые горизонты в изучении глобальной биосферы и углеродного цикла. Впереди стоит задача продолжать детальное изучение таких мест, чтобы раскрыть все тонкости функционирования этих уникальных сообществ, оценить их вклад в поддержание экологии всей планеты и, возможно, найти новые ресурсы и биотехнологические решения для будущего человечества.
