Хадальные желоба — это самые глубокие части океанского дна, уходящие на глубину свыше шести километров, где давление и температура создают крайне суровые условия для существования жизни. Еще недавно считалось, что в таких местах биологическая активность минимальна и наибольшее влияние на экосистемы оказывает падение органического материала с верхних слоев воды. Однако недавние экспедиции полностью изменили представления о жизни в этих загадочных глубинах, выявив обширные сообщества организмов, живущих благодаря процессам хемосинтеза — образованию органического вещества из неорганических соединений с использованием химической энергии, а не солнечного света. Одной из важнейших и уникальных находок стала экспедиция в Курило-Камчатский и западный Алеутский желоба, где на глубинах от 5800 до 9533 метров были обнаружены самые глубокие и обширные хемосинтетические сообщества, известные на данный момент. Использование человека-управляемого батискафа «Фендоуже» позволило исследователям зафиксировать наличие густых колоний трубочных червей семейства Siboglinidae и моллюсков в соответствующих зонах, простирающихся на расстояние около 2500 километров по дну этих желобов.
Эти сообщества опираются на источники химической энергии, получаемой из гидросульфидных и метановых растворов, которые спускаются по трещинам и геологическим разломам, пронизывающим слои глубоких осадков. Метан происходит благодаря микробным процессам, разлагающим осевший органический материал, что подтверждается изотопным анализом. Причины и механизмы формирования данных сообществ граничат с геологическими процессами субдукции океанических плит, которые формируют эти глубинные структуры. Курило-Камчатский и Алеутский желоба возникают из-за взаимодействия Тихоокеанской и Северо-Американской плит. Эти зоны характеризуются высокой сейсмической и вулканической активностью, наличием нормальных разломов, через которые мигрируют потоки насыщенных газами жидкостей, что и создает перед условия для появления и поддержания хемосинтезирующих организмов.
Обнаруженные в глубинах сообщества отличаются богатством и плотностью видов. Основу их составляют трубочные черви — frenulate siboglinids, достигающие длины до 30 сантиметров и моллюски, такие как vesicomyid clams, способные достигать внушительных размеров до 23 сантиметров. Причем трубочные черви образуют колонии с тысячами особей, а моллюски собираются плотными группами, часто в сочетании с бактериальными матами, питающимися за счет окисления метана и сероводорода. Эти организмы связаны с микроорганизмами, которые осуществляют первичное производство органики в условиях отсутствия света, создавая основу для сложного пищевого веба. Метан, ключевой компонент поддержания жизни в этих экосистемах, происходит преимущественно из микробного метаногенеза — процесса образования метана за счет восстановления углекислого газа микроорганизмами в бескислородных условиях глубоких отложений.
Изотопные данные, полученные в ходе исследования, характерны для микробного метаногенеза, а не для термогенного происхождения метана. Анализ порозной воды и осадков выявил присутствие устойчивых соединений метана в форме гидратов — твердого вещества, представляющего собой смесь молекул газа и воды, стабилизированного высоким давлением и низкой температурой гидральной зоны. Хемосинтетические сообщества в этих глубинах не только расширяют границы возможного существования жизни, но и кардинально меняют представления об энергетическом балансе глубоководных экосистем. Классическая модель, где источником энергии служит лишь органический материал, оседающий из верхних водных слоев, дополняется или даже в некоторых случаях замещается хемосинтетическим производством. Это меняет взгляд на углеродный цикл в глубоководных зонах и влияет на понимание процессов глобального круговорота углерода.
Обилие хемосинтетических организмов и их распространение на огромной протяженности вдоль дна глубоководных желобов указывают на то, что подобные системы могут быть гораздо более масштабными и распространенными, чем предполагалось ранее. Несмотря на исследование лишь нескольких ключевых участков, вероятно, что аналогичные сообщества существуют и в других мировых желобах, таких как Марианский или японский желоб. Это делает необходимым проведение дополнительных экспедиций, направленных на детальное изучение биоразнообразия и геохимических условий в глубинах океана. Важная роль таких систем — внесение значительного вклада в локальные и глобальные экосистемы. Помимо хемосинтезирующих организмов, сообщества включают разнообразных гетеротрофов, которые питаются продуктами деятельности бактерий и поддерживают структуру пищевой сети на дне океана.
Наблюдения показали, что организмы, такие как морские анемоны, морские огурцы и амфиподы, живут в непосредственной близости к хемосинтетическим сообществам, пользуясь их ресурсами. Технические достижения, такие как глубинные батискафы и современные методы анализа, позволили получить уникальные данные, ранее недоступные для ученых. Использование высокоточных камер, системы лазерного масштабирования и методов молекулярной биологии способствовало идентификации видов, анализу их генетики и пониманию экосистемного контекста. Серия погружений в течение экспедиции обеспечила стабильность данных и позволила изучить пространственное распределение сообществ по разным участкам желобов и по батиметрическим уровням. Понимание процессов формирования и функционирования этих глубинных хемосинтетических экосистем имеет значение не только для биологии и экологии, но и для геохимии и климатологии.
Метановые гидраты, присутствующие в подповерхностных слоях осадков, представляют собой значительный резерв углеродных соединений и могут выступать как потенциальный источник парникового газа в геологических масштабах. Изучение механизмов миграции и высвобождения метана из глубинных слоев в океанскую воду поможет прогнозировать возможные воздействия на атмосферу и климатическую систему Земли. Также эти открытия имеют значение для понимания пределов и адаптивных возможностей жизни на Земле. Организмы, обитающие на огромных глубинах с высоким давлением, низкими температурами и отсутствием света, демонстрируют уникальные физиологические приспособления. Изучение этих феноменов может дать информацию для развития биотехнологий и раскрыть потенциальные формы жизни, которые могут существовать в аналогичных экстремальных условиях за пределами Земли.
