Глубины океана всегда привлекали внимание учёных и исследователей, стремящихся понять самые экстремальные формы жизни на Земле. Одной из самых загадочных и наименее изученных областей являются хадальные желоба — узкие, глубокие борозды в океанском дне, уровень давления и температуры в которых исключают существование многих известных форм жизни. Однако недавние исследования показали, что именно здесь, на глубинах свыше 6000 метров, процветают сообщества хемосинтетической жизни, которые перераспределяют традиционные представления о границах биосферы и экосистемах Земли. Хадальные желоба, такие как Курильско-Камчатский и западный Алеутский, стали местом захватывающего открытия, которое приближает понимание устойчивости и разнообразия жизни в самых суровых условиях планеты. Хемосинтез — процесс, при котором микроорганизмы преобразуют химические соединения, такие как метан и сероводород, в органические вещества при отсутствии солнечного света, стал краеугольным камнем глубоководной экологии.
На протяжении десятилетий хемосинтетические сообщества были обнаружены вблизи гидротермальных источников и холодных заповедников, но наблюдения о существовании подобных систем в хадальной зоне были крайне ограничены. Лишь недавно экспедиция на борту глубоководного субмарины «Фэндоужэ» позволила детально изучить и задокументировать крупнейшие известные хемосинтезирующие сообщества на глубинах от 5800 до 9533 метров. Исследования показали, что коммьюнити, наибольшим образом представленные трубчатниками из семейства Siboglinidae и двустворчатыми моллюсками, протянулись более чем на 2500 км вдоль дна двух упомянутых желобов. Эти экосистемы питаются жидкостями, богатыми сероводородом и метаном, которые мигрируют по разломам внутри глубоких осадочных слоёв. Метан в этих местах образуется благодаря микробной активности, связанной с разложением органического вещества, ранее осевшего на дно.
Изотопный анализ подтверждает биогенное происхождение этих газов, что существенно расширяет наше понимание процессов жизнедеятельности в глубоководных экосистемах. Геологическое строение областей образования этих сообществ имеет огромное значение. Курильско-Камчатский и Алеутский желоба расположены в зоне активного субдукционного процесса, где Тихоокеанская плита погружается под Североамериканскую, что формирует сложную сеть разломов и пластовых структур. Эти геологические разломы служат проводниками для жидкостей с глубинных осадков к морскому дну, создавая благоприятные условия для выделения газов и формирования холодных гидротермальных источников. В результате происходит возникновение мест с повышенной биологической активностью в условиях полного отсутствия солнечного света — своеобразных оазисов жизни.
Открытие столь глубоких и обширных хемосинтетических сообществ меняет традиционные взгляды на энергоснабжение хадальных экосистем. Ранее считалось, что энергия в таких зонах поступает лишь от оседающего поверхностного органического вещества и падения трупов организмов. Однако обнаружение обширных популяций хемосинтетических организмов указывает на то, что химическая энергия, образующаяся благодаря микробной переработке метана и сероводорода, имеет большое значение для жизнеобеспечения этих экосистем. Существование таких сообществ также оказывает влияние на более широкий круг организмов, включая различные гетеротрофные виды, что свидетельствует о сложных трофических связях внутри таких систем. Биологическое разнообразие внутри этих серверных биотопов поражает своим разнообразием, несмотря на экстремальные условия.
Доминантные трубчатники Siboglinidae имеют спектр видов, среди которых Lamellisabella, Polybrachia, Spirobrachia и Zenkevitchiana. Они формируют густые колонии с трубочками длиной до 30 см, что способствует созданию микрогабитатов для других мелких беспозвоночных, таких как полихеты и гастроподы. В западном Алеутском желобе, напротив, доминируют двустворчатые моллюски, в частности виды семейства Vesicomyidae, что демонстрирует различия в сообществе между различными регионами и глубинами. Проведённые анализы химического состава поровых вод и газов свидетельствуют о преобладающем микробном происхождении метана, а также о наличии уникальных минералов, таких как икаит — метастабильная форма кальцита, связанная с процессами ранней диагенеза органического вещества. Отсутствие газовых пузырей указывает на то, что метан присутствует в виде растворённого вещества и газогидратов — кристаллических структур, где молекулы газа заключены в ледяные решётки.
Это подтверждает гипотезы о влиянии глубинных температурно-давленных условий на фазовое состояние мигрирующего метана. Геологическая модель формирования холодных источников в хадальных желобах отличается от традиционно описанных моделей для аккреционных призматов или хребтов. Поскольку осадки, богатые органикой, концентрируются в глубокой впадине, микробная активность под анаэробными условиями способствует образованию метана. При этом давление и движение плиты, взаимодействующей с литосферой, вызывают миграцию этих газов по разломам и их выход на поверхность морского дна в виде холодных источников, питающих хемосинтетические сообщества. Помимо биологических и геологических аспектов, эти открытые системы играют важную роль в глобальном углеродном цикле.
Потенциальная накопительная ёмкость метана в таких глубоководных хранилищах может существенным образом влиять на движение углеродных потоков между океаном и литосферой. Если учитывается активное разложение органики и образование метана в верхних слоях осадков, часть углерода может оставаться в обитаниях глубоководных экосистем в течение длительного времени, не погружаясь в недра планеты. Эти открытия имеют широкие последствия не только для науки о жизни и экосистемах, но и для оценки запасов природных ресурсов, таких как метановые гидраты — потенциально важный энергетический ресурс будущего. Возможное присутствие значительных объёмов твердых метановых структур в слоях осадков хадальных желобов свидетельствует о необходимости дальнейших исследований, фокусированных на разведке и оценке запасов газовых гидратов в глубоководных зонах. Исследования ходальских хемосинтетических сообществ позволяют взглянуть на биологические границы жизни с новой перспективы.
Явления, связанные с высоким давлением, низкими температурами и полным отсутствием света, формируют уникальные адаптации у организмов, обеспечивающих самую глубокую экосистему на планете. Они дают возможность изучить микробиологические взаимосвязи, биохимические пути и экологические взаимодействия, которые могут иметь параллели с экстремальными условиями на других планетах и спутниках. Кроме того, масштабное распространение таких сообществ вдоль длины хадальных желобов указывает на взаимосвязанную сеть экосистем, распространяющихся по территории северной части тихоокеанского региона. Это подтверждает существование биогеографических связей между глубинами Японского, Курильско-Камчатского и Алеутского желобов и даёт основания предполагать, что аналогичные системы могут существовать и в других частях Мирового океана. Для полноценного понимания процессов формирования и функционирования таких сообществ необходимы дальнейшие экспедиции, включающие детальное изучение геологии, гидрогеохимии, микробиологии и биоразнообразия.
Современные технологии глубоководных исследований с использованием автономных и пилотируемых подводных аппаратов открывают новые горизонты для подобных исследований, способных детально раскрыть секреты одной из последних природных загадок нашей планеты. В результате проведённой работы доказана значимость хемосинтетической жизни как ключевого компонента экосистем хадальных желобов и углублено понимание механизмов углеродного цикла в мировом океане. Процветание таких сообществ на самых больших глубинах Земли обещает как научные открытия, так и возможные прикладные открытия для биотехнологий и энергетики. Наука продолжает доказывать, что жизнь способна находить путь даже в самых невыполнимых, казалось бы, условиях и что наши океаны таят в себе еще много неизведанных чудес.
