Расцвет хемосинтетической жизни в величайших глубинах хадальных желобов

Альткойны Технология блокчейн

Хадальные зоны океана, расположенные на глубинах свыше шести тысяч метров, долгое время оставались загадочными и малоисследованными уголками земного шара. Эти глубоководные желоба, образованные субдукционными процессами, считаются одними из самых экстремальных мест для жизни из-за высокого гидростатического давления, отсутствия света и низких температур. Однако недавние экспедиции продемонстрировали поразительную способность жизни адаптироваться и процветать в этих условиях — в частности, благодаря хемосинтетическим процессам, которые обеспечивают энергетическую поддержку сообществ на таких глубинах. Новый масштабный обзор, проведенный в 2024 году с использованием глубоководного челнока «Фэндоучже» в Курильско-Камчатском и западном Алеутском желобах, открыл крупнейшие из когда-либо зафиксированных хемосинтетических сообществ во всем мире, обитающих на глубине от 5 800 до 9 533 метров. Эти сообщества занимают непрерывную полосу протяженностью около 2 500 километров, что говорит о недооцененной масштабности таких экосистем в самых глубоких частях Мирового океана.

Основу данных экосистем составляют представители семейства собоглиновых червей (Siboglinidae) и двустворчатых моллюсков (Bivalvia), устойчиво обитающих на участках, где через геологические разломы проникают богатые сероводородом и метаном флюиды из глубоких отложений. Микробиологический анализ, включая изотопные исследования метана, подтвердил биогенное происхождение этих газов — они образуются за счет микробного метаногенеза, связанного с разложением осадочного органического вещества. Условия формирования таких источников флюидов существенно отличаются от более мелководных холодных видув, при этом специфическая тектоника и геохимия этих пределено глубоких траншей создают идеальные среды для накопления и миграции метаносодержащих растворов. Курильско-Камчатский и Алеутский желоба представляют собой активные зоны субдукции, где Тихоокеанская плита погружается под окраинные плиты. Эти локусы характеризуются высоким уровнем тектонической активности, что приводит к развитию системы разломов и складчатых структур, служащих каналами для миграции химически богатых жидкостей к морскому дну.

Ввиду того, что эти бассейны расположены в зонах с высокопродуктивным поверхностным океаном, туда непрерывно осаждается большое количество органического материала, попадающего в глубь через гравитационные потоки и осадочные процессы. В аноксичных условиях таких глубоких осадков происходит активный микробный метаногенез, создающий метановые скопления внутри слоев осадков. Эти метановые пласты могут находиться как в растворенном виде в поровой воде, так и в форме метаногидратов, что подтверждается термодинамическим моделированием гидратных условий в этой зоне. Уникальность недавно обнаруженных сообществ заключается не только в их широкой протяженности, но и в многообразии и плотности обитателей. На глубинах свыше 9 500 метров, что является рекордной глубиной для обнаружения холодных источников с живой биотой, доминируют тонконогие собоглиновые черви с трубчатым строением, которые образуют густые колонии.

 

Эти существа развертывают насыщенные кислородом лабильные гемоглобиновые щупальца, обеспечивая эффективный захват хемосинтетических субстратов. Вокруг таких колоний активно населены полихеты, моллюски и разнообразная макробентосная фауна, что демонстрирует сложную пищевую сеть и экосистемную взаимозависимость. Отметим значительные различия в структуре сообществ между двух желобами и даже внутри них. В Курильско-Камчатском желобе преобладают разные виды собоглиновых, среди которых Lamellisabella, Polybrachia и Spirobrachia занимают важные экологические ниши. В западной части Алеутского желоба сообщества ориентированы больше на двустворчатых моллюсков, таких как представителей семейства vesicomyid и thyasirid, что отражает определенные локальные условия, включая состав донных осадков и интенсивность подачи хемосубстратов.

 

Несмотря на эту вариабельность, общая картина указывает на наличие взаимосвязанной системы хемосинтетических экосистем, протянувшейся вдоль глубоководных траншей в северной части Тихого океана, возможно, охватывая даже Японский жёлоб и далее на юг, учитывая сходство обнаруженных видов. Геохимические исследования донных осадков и поровых вод выявили характерные признаки активного процессов анаэробного окисления метана вкупе с восстановлением сульфатов, что подтверждается снижением концентрации сульфатов и увеличением концентрации сероводорода в горизонтах. Открытие икаита — кальций-углеродного минерала гексагидрата, сформированного в этих холодных условиях, объединяет наблюдения микробиологической активности и стабильных минеральных фаз, что дает новые перспективы для понимания химической динамики и средообразования в этих глубоких средах. Важным аспектом является влияние данных сообществ на глобальный углеродный цикл. Ранее считалось, что животные и микроорганизмы в хадальной зоне главным образом питаются органическим материалом, поступающим сверху — частицами, осевшими из фотосинтезирующих слоев океана, или падением падалью.

 

Выявленные хемосинтетические системы указывают на значительный вклад энергии из глубокоземных химических процессов, что требует пересмотра моделей питания и биоэнергетики в этих экосистемах. Механизм улавливания и накопления метана в формах гидратов способен существенно влиять на долгосрочное хранение углерода в океанских формациях, потенциально замедляя его попадание в литосферу через субдукцию земной коры. Текущие результаты позволяют предположить, что аналогичные системы могут существовать в других больших субдукционных зонах и океанских траншеях, что открывает новые горизонты в глубинной океанологии и биогеохимии. При этом для более точного понимания процессов и влияния данных биогеоценозов необходимы дальнейшие экспедиционные и лабораторные исследования, включающие более глубокое бурение осадочных слоев и изучение микробиологических сообществ. Изучение жизни в экстремальных условиях хадальных желобов также предоставляет неоценимые данные о биологических адаптациях к высоким давлениям и отсутствию света, что расширяет наши знания о границах жизни на Земле и, возможно, вне ее.

Понимание взаимодействия микроорганизмов и макрофауны при подобных условиях может способствовать разработке новых биотехнологий и методов сохранения биологического разнообразия в изменяющемся океане. Таким образом, открытие и исследование богатейших хемосинтетических экосистем в крупнейших глубоководных траншеях — значительный прорыв в океанографии, экологии и геохимии. Эти знания не только преобразуют наши представления о жизни в самых глубоких уголках океана, но и имеют важное значение для моделирования климатических процессов, биогеохимического круговорота углерода и будущих освоений океанского дна.