Мировой океан – это таинственный и малоисследованный мир с множеством загадок, особенно в тех его местах, где свет не проникает вовсе, а давление и экстремальные условия кажутся непригодными для жизни. Одними из таких уникальных регионов являются гондальные (хадальные) желоба, поражающие своей глубиной и суровостью условий. Недавние исследования, проводимые в Курило-Камчатском и западном Алеутском желобах, раскрыли невероятное разнообразие и обилие хемосинтетической жизни на больших глубинах – до 9533 метров. Эти открытия не только расширяют представления о границах жизни на Земле, но и ставят под сомнение устоявшиеся модели биогеохимических процессов в глубоководных экосистемах. Хемосинтез – это биохимический процесс, с помощью которого некоторые микроорганизмы используют химическую энергию, выделяемую при окислении неорганических соединений, таких как водород и метан, для производства органического вещества.
Для глубоководных сообществ на гидротермальных источниках и холодных источниках (сеепах) хемосинтез является основным источником энергии в условиях полного отсутствия света. Такие уникальные экосистемы были известны в умеренных глубинах, но обнаружение их в самых глубоких точках океана - настоящая сенсация. Экспедиция с применением глубоководного пилотируемого аппарата Fendouzhe позволила задокументировать наиболее обширные и глубокие хемосинтетические сообщества, среди которых доминируют трубчатые черви семейства Siboglinidae и моллюски класса Bivalvia. Эти сообщества протянулись на протяженность около 2500 километров, простираясь от 5800 до почти 9500 метров по дну двух глубоководных желобов. Характерно, что эти сообщества питаются гидросульфидными и метановыми жидкостями, выделяющимися через трещины земной коры, где метан в значительных количествах вырабатывается микроорганизмами из органического вещества, скопившегося в глубоких слоях осадков.
Ранее предполагалось, что в таких экстремальных условиях жизни немного или она вообще отсутствует, однако новые данные опровергают это. Наличие плотных колоний трубчатых червей, моллюсков и других беспозвоночных, связанных с процессами хемосинтеза, указывает на наличие устойчивых экосистем, обеспечиваемых химической энергией, а не солнцем. Эти сообщества отличаются не только высокой плотностью, но и диверсификацией видов, что говорит о длительном развитии и адаптации жизни к глубоководным экстремальным условиям. Геологические особенности Курило-Камчатского и Алеутского желобов способствуют формированию таких систем. Здесь происходят субдукционные процессы, при которых океаническая плита погружается под континентальную или другую океаническую плиту, вызывая образование аккреционных призматических структур, а также многочисленных разломов и трещин.
По этим структурам и проникают метановые и гидросульфидные жидкости, создавая благоприятные зоны для жизнь хемосинтетических организмов. Особое внимание уделяется происхождению метана. Изотопный анализ показал, что основной источник метана – микробный, основанный на редукции углекислого газа и органического вещества в подседиментных слоях. Это подчеркивает значимость глубинных микробных сообществ, оказывающих влияние на биогеохимический цикл углерода в недрах океанического дна. По своей структуре сообщества демонстрируют разнообразие не только видов, но и пространственную неоднородность.
Некоторые виды распространены на протяженных участках, что может свидетельствовать о миграционных связях или длительной геологической стабильности участков обитания. Уникальные адаптации животных к высоким давлениям и химическому составу среды подчеркивают феноменальную устойчивость жизни. Важным открытием стала роль донных топографических особенностей, в частности V-образная форма желобов, способствующая скапливанию органического вещества, привносимого как из поверхностных вод с помощью фитопланктонных разливов, так и посредством гравитационных потоков с желобных склонов. Накапливающееся органическое вещество становится топливом для микробной метаногенеза, формируя локальные резервуары метана, который через геологические разломы поднимается к поверхности и поддерживает хемосинтетические сообщества. Потенциал таких экологических систем выходит далеко за пределы их собственных экосистемных ниш.
Существуют свидетельства того, что хемосинтез не только обеспечивает базу пищевой цепи для специализированных организмов, но и оказывает влияние на более широкое биотическое сообщество, включая гетеротрофные виды, приспособленные к приему дополнительной энергии и органического вещества, поступающего из хемосинтетических источников. Еще одной значимой областью исследований являются физико-химические особенности среды обитания, включая стабилизацию метановых гидратов — особых кристаллических форм метана, удерживаемых в подседиментных слоях под высоким давлением и низкой температурой. Моделирование показало, что условия глубоководных желобов благоприятны для сохранения таких гидратов, что в свою очередь влияет на локальный и глобальный углеродный цикл. Обнаружение таких обширных хемосинтетических систем в глубинах свыше 9000 метров меняет взгляд ученых на распределение биомассы и источники энергии в глубоководных экосистемах. Традиционно считалось, что энергия поступает сюда только сверху – с падением органического вещества с поверхностных слоев.
Однако масштабное развитие химически поддерживаемых сообществ свидетельствует о том, что химическая энергия из недр играет не менее значимую роль. Перспективы исследований в этой области обширны. Изучение физиологических адаптаций организмов к высоким давлениям и ксенофильным химическим условиям обещает раскрыть новые механизмы биологии и биохимии. Кроме того, понимание роли углеводородов и биогенных метановых резервуаров в глубоководных средах позволит более точно моделировать глобальные циклы углерода и прогнозировать влияние природных процессов на изменение климата. Также ввиду потенциальной широты распространения подобных сообществ в других глубоководных желобах по всему миру, они могут стать предметом интенсивных международных исследований с использованием современных технологий глубоководного исследования и разведки ресурсов.
Таким образом, открытия в Курило-Камчатском и западном Алеутском желобах являются важнейшим вкладом в морскую биологию, геологию и экологию, открывают новые горизонты для понимания жизни в экстремальных условиях и изменяют традиционные представления о биогеохимии океанских глубин. Хемосинтетические сообщества на таких глубинах показывают, насколько удивителен и разнообразен живой мир Земли, даже в самых темных и отдаленных уголках планеты.
