Цветущая хемосинтетическая жизнь в глубочайших точках хадальных желобов

Скам и безопасность Стартапы и венчурный капитал

Хадальные желоба, представляющие собой глубоководные русла океанского дна, глубина которых превышает 6000 метров, долгое время оставались загадкой для учёных. Эти зоны являются одними из наименее изученных мест на нашей планете, где из-за экстремальных условий, таких как чрезвычайное давление, отсутствие света и низкие температуры, специалисты предполагали крайне бедную жизнь. Однако, последние экспедиции, в частности исследования Курильно-Камчатского и западного Алеутского желобов, открыли совершенно новый взгляд на существование живых организмов в этих глубинах. Удивительно, что именно в этих экстремальных условиях процветают хемосинтетические сообщества, формирующие сложные экосистемы на основе химической энергии, а не солнечной, как в более привычных биомах земли и океана. Хемосинтез – это биохимический процесс, при котором микроорганизмы получают энергию, окисляя неорганические вещества, такие как сульфиды водорода и метан.

Этот процесс позволяет организовать пищевые цепи в условиях полного отсутствия солнечного света. Ранее хемосинтетические сообщества были известны преимущественно в районах гидротермальных источников и холодных границ, например, на континентальном склоне и в более мелководных глубоководных экосистемах. Но обнаружение таких сообществ в хадальных зонах показывает, что химическая энергия играет критическую роль в поддержании жизни даже в самых глубоких частях Мирового океана. Экспедиция, которая состоялась летом 2024 года с использованием пилотируемого глубоководного аппарата Фэндоу Чже, позволила впервые тщательно исследовать дно Курильно-Камчатского и западного Алеутского желобов на глубинах до 9533 метров. В ходе серии из нескольких десятков погружений обнаружены обширные области с хемосинтетической жизнью, включая густые колонии трубочных червей френулатов, а также разнообразные виды двустворчатых моллюсков.

Эти сообщества простираются на расстояние порядка 2500 километров по дну желобов, что говорит о их масштабности и экологическом значении. Одной из особенностей этой экосистемы является её связь с геологическими структурами – хемосинтетические сообщества располагаются вблизи разломов и трещин, через которые из глубин океанического ложа поднимаются богатые метаном и сульфидами жидкости. Эти соединения становятся источником энергии для микробных ферментаций и метаболизма, создавая основу для пищевых сетей, включающих трубочных червей с красными гемоглобинными щупальцами, различных моллюсков, полихет и других видов беспозвоночных. Исследования геохимии проб донных осадков выявили микробное происхождение метана, производимого путём восстановления карбоната микробами, живущими в анаэробных условиях глубинных слоёв осадка. Изотопный анализ углерода и водорода в метане подтвердил данное предположение, указывая на биогенный, а не термогенный, характер газов.

 

Такой метан аккумулируется в форме растворённого газа и клатратов метана (газогидратов) в осадочных породах, что подтверждается результатами термодинамического моделирования условий гидратации. Формирование таких холодных гейзеров и участков биогеохимической активности тесно связано с тектонической динамикой региона. Курильно-Камчатский и Алеутский желоба образуются за счёт субдукции Тихоокеанской плиты под другие литосферные плиты, что приводит к появлению трещиноватости и разломов. Эти структуры, в свою очередь, создают природные каналы для миграции метановых жидкостей из глубинных слоёв к осадкам на дне. Органическое вещество, скапливающееся в V-образной топографии желоба, создаёт питательную базу для микробного метаногенеза, обогащая глубинную среду питательными веществами.

 

Особенность этих экосистем заключается и в массивности скоплений видов, которые сосредоточены на небольших площадях морского дна с невероятной плотностью – вплоть до нескольких тысяч трубочных червей и сотен двустворчатых моллюсков на квадратный метр. Такая плотность ранее не наблюдалась на столь больших глубинах. Встречающиеся виды трубочных червей Lamellisabella, Polybrachia, Spirobrachia и Zenkevitchiana демонстрируют приспособления к жизни в условиях сильного давления и дефицита ресурсов. Эти виды тесно связаны с микробными сообществами, в симбиозе с которыми они получают питательные вещества. Связь между хемосинтетическими организмами и остальными обитателями дна глубоких желобов становится всё более очевидной.

 

Вокруг областей с активными выбросами метана и сульфидов сосредотачивается разнообразие других форм жизни – полихеты, морские огурцы, амфиподы, морские лилии и даже морские анемоны. Такое разнообразие говорит о том, что химические источники энергии поддерживают сложные пищевые сети, влияющие на всю экосистему бентоса. Открытие этих глубоководных хемосинтетических сообществ перекраивает представления о биогеографии жизни в океане. Если раньше считалось, что пределы адаптации животных ограничены зонами с меньшей глубиной и с меньшим давлением, то обнаружение жизни на глубинах свыше 9 километров показывает, что природа адаптировала своих представителей к невероятным экстремальным условиям. Эти пространства есть естественные лаборатории для изучения биологических адаптаций к высокому давлению, низким температурам и отсутствию света.

Данные о химических процессах и изотопных характеристиках метана также говорят о крупном потенциале метанового пула в глубоководных осадках. Метан в таких формах не только обеспечивает жизнь, но и участвует в глобальных процессах углеродного цикла, поскольку долгое время может оставаться захваченным в гидратах и микроотложениях, предотвращая его попадание в атмосферу и влияя на климатические процессы. В перспективе можно ожидать дальнейшего открытия подобных хемосинтетических экосистем не только в других местах Тихоокеанского пояса, но и по всему миру. Геологические условия хадальных желобов многих океанов схожи, и существует высокая вероятность, что подобные сообщества распространены гораздо шире, чем считалось ранее. Включение этих систем в глобальные модели углеродного цикла и экологии океана повысит точность прогнозов изменения климата и поднимет вопросы о глобальном значении глубинного биоразнообразия.

Таким образом, современные исследования хадальных желобов средствами глубоководной техники и многофакторных анализов открывают новую страницу в изучении экстремофильных экосистем. Их существование демонстрирует поразительную способность жизни адаптироваться к самым суровым условиям, опираясь не на солнечную энергию, а на химическую силу геологических процессов. Эти открытия расширяют горизонты понимания биосферы, угольного цикла и взаимодействия геологии с биологией на нашей планете. Новые данные об экстремальной жизни стимулируют научные исследования, способствуют развитию глубоководной техники и поднимают вопросы сохранения уникальных, до сих пор скрытых, экосистем Мирового океана.