Океанская глубина с ее бескрайними просторами и колоссальными давлением и температурными перепадами всегда привлекала внимание ученых как последняя граница для изучения жизни на Земле. Именно в области хадальных желобов — узких и глубоких впадин в океанском дне, простёршихся на глубинах свыше 6000 метров — находятся одни из самых неизученных и загадочных экосистем планеты. Совсем недавно ученым удалось открыть и задокументировать процветающие хемосинтетические сообщества, которые не только адаптировались к суровым условиям этих глубин, но и представляют собой ключевой элемент глобального углеродного цикла и глубоководных экологических систем.Хемосинтез — фундаментальный процесс, при котором микроорганизмы получают энергию, окисляя неорганические вещества, такие как водород сульфид и метан, а не используя солнечный свет, как это происходит в фотосинтезе. Такие сообщества были впервые обнаружены вблизи гидротермальных источников, где экстремальные условия обеспечивали химические источники энергии для процветания жизни.
Однако в течение десятилетий существовали только теоретические предположения о возможности существования подобных экосистем в ещё более глубоких и менее доступных зонах океана.Экспедиция 2024 года со специальным пилотируемым глубоководным аппаратом «Фендоуже» позволила ученым погрузиться в глубочайшие части Курильско-Камчатского и западного Алеутского жёлобов. Исследования открыли самые обширные и глубокие известные на сегодняшний день хемосинтетические сообщества, распространяющиеся на протяжении порядка 2500 километров на глубинах от 5800 до 9533 метров. Эти сообщества состоят преимущественно из трубчатых червей из семейства Siboglinidae и двустворчатых моллюсков, которые получают энергию из химических соединений, поступающих с насыщенных водородным сульфидом и метаном жидкостей.Высокая плотность обитателей и разнообразие этих экосистем поражают.
Были обнаружены колонии, состоящие из тысяч особей трубчатых червей с длиной трубок до 30 сантиметров, в сопровождении различных видов свободноживущих морских червей, моллюсков и ракообразных. Кроме того, подводные видеозаписи позволили зафиксировать взаимодействие этих организмов с белыми микробными коврами, питающимися химической энергией, и таким образом свидетельствуют о развитии полноценной пищевой сети на значительных глубинах, где иначе жизнь была бы невозможна.Особенностью данных сообществ является их зависимость от микробиологически образующегося метана. Химические и изотопные анализы проб с донных осадков подтверждают биогенный происхождение метана, который возникает благодаря микробному восстановлению углекислого газа из осевшего органического вещества. Эти метанообразующие микробы живут в анаэробных условиях глубоких осадочных слоев и образуют огромные залежи метана в растворенном и гидратном состоянии.
Впечатляет то, что подножие складчатых форм рельефа даже на таких колоссальных глубинах выступает в роли естественных каналов и ловушек для этого химического богатства, позволяя жидкостям с высоким содержанием метана мигрировать к поверхности.Геологическая структура Курильско-Камчатского и Алеутского жёлобов с их активной тектоникой играет ключевую роль в формировании и поддержании хемосинтетических экосистем. Наличие нормальных разломов, образующихся при сгибании и субдукции океанической плиты, обеспечивает возможность восходящего хода метанистых и сульфидных жидкостей. Особая топография жёлобов способствует захоронению большого объема органического материала — снежных осадков и продуктов землетрясений, что создает плодотворную среду для микробиального метаногенеза. Этот процесс превращает органическое вещество в газообразное топливо для глубоководных организмов, поддерживая жизнедеятельность даже на экстремальных глубинах.
Открытие таких обширных хемосинтетических сообществ в самых глубоких частях океана бросает вызов традиционным пониманиям о том, как жизнь может существовать без доступа к солнечному свету и какой вклад вносят процессы глубинной жизни в углеродный цикл нашей планеты. Кроме того, рядом с ключевыми обитателями хемосинтетических экосистем наблюдается значительное разнообразие гетеротрофных организмов, свидетельствующее о комплексных пищевых взаимодействиях и экологической значимости метановых источников энергии для всей биоты.Процесс накопления и миграции метана в глубоководных осадках также проливает свет на вопросы углеродного хранения и высвобождения в океанических субдукционных зонах. Метановые гидраты, потенциальные источники мощного парникового газа, могут формироваться в слоях осадков даже на глубинах свыше 9 километров. Понимание устойчивости этих гидратов и их взаимодействия с биотическими сообществами имеет большое значение для прогнозирования изменений климата и глобального углеродного баланса.
Текущие исследования подчеркивают важность комплексного изучения глубинных экосистем и интеграции процессов, происходящих в хадальной зоне, в глобальные модели биогеохимии. Уникальные экологические ниши, открытые в ходе экспедиции, демонстрируют способность жизни приспосабливаться и процветать в условиях, казалось бы, непригодных для существования.Перспективы дальнейших исследований включают детальное изучение микробиологических, физиологических и генетических адаптаций обитателей, а также роли этих экосистем в глобальном масштабе. Ожидается, что глубоководные хемосинтетические сообщества окажутся более распространенными, чем предполагалось ранее, а их изучение поможет раскрыть новые принципы устойчивости жизни и биохимических циклов на планете.Таким образом, открытие процветающих хемосинтетических экосистем в самых глубоких точках океана не только расширяет горизонты морской биологии и экологии, но и приносит ценнейший вклад в понимание глобальных процессов, влияющих на климат и биогеохимический баланс.
Эти удивительные сообщества — живой пример невероятной приспособляемости и многообразия жизни на нашей планете, простирающейся в глубины, до недавнего времени казавшиеся неприступными.
