Хадальные зоны — это самые глубокие части океанских впадин, расположенные на глубинах свыше 6000 метров. Их экстремальные физические условия, включая высокое давление, холод и полное отсутствие света, веками считались неприспособленными для сложных экосистем. Однако новые исследования, проведённые в Курильско-Камчатском и западном Алеутском желобах на борту глубоководного пилотируемого аппарата «Фендоучжэ», полностью изменили наши представления о жизни в этих безднах. Учёным удалось впервые документально зафиксировать обширные и процветающие сообщества хемосинтетических организмов на рекордных глубинах до 9533 метров, чем поставили новый рекорд и расширили границы знаний о биосфере Земли. Главной движущей силой существования этих экосистем являются холодные источники метана и сероводорода, выходящие на дно океана через трещины и разломы земной коры.
В отсутствие солнечного света и фотосинтеза хемосинтетические микроорганизмы используют химическую энергию этих газов для производства органического вещества, служащего пищей разнообразным видам животных. Основными обитателями таких сообществ стали трубчатые черви-френулаты и моллюски из классов двустворчатых, которые встречаются здесь в огромных скоплениях. Эти животные существуют в симбиозе с бактериями, способными окислять восстановленные соединения для получения энергии. Удивительное распространение и разнообразие таких сообществ показало, что они не являются изолированными феноменами, ограниченными узкими географическими зонами, а протянулись вдоль дна двух желобов на расстояние в 2500 километров. Находки из Курильско-Камчатского желоба раскрыли преобладание различных видов френулатных трубчатых червей, которые, находясь на границе между осадочными отложениями и базальтом аккреционного призмы, образуют плотные колонии.
В составе этих колоний исследователи выяснили присутствие нескольких родов трубчатых червей и комплекс видов, связанных с ними, включая различные видовые группы многощетинковых червей и моллюсков. В отличие от Курильско-Камчатского желоба, в западном Алеутском желобе значительное распространение получили крупные колонии двустворчатых моллюсков, преимущественно семейства Vesicomyidae. Их скопления достигают значительных плотностей и сопровождаются трубковыми червями из семейства Ampharetidae. Эти сообщества создают своеобразные экосистемы, которые существуют благодаря выходу метана и сероводорода, питающих микробные сообщества, расположенные в осадках. Исследования геохимического состава газов и осадков в зоне холодных источников подтверждают, что метан, основное энергетическое сырьё для хемосинтеза в этом регионе, имеет микробное происхождение.
Анализ стабильных изотопов углерода и водорода показывает, что метан образуется путём микробного восстановления углекислого газа в верхних слоях осадков, насыщенных органическим веществом. Высокие концентрации этого газа, значительно превышающие равновесные значения растворимости, указывают на существование складов метановых гидратов — твёрдой формы хранения газа в глубинных осадках. Геологическая модель формирования подобных холодных источников связана с особенностями субдукционного края — осадочные породы и органический материал, стекающий по склонам желобов, создают природные ловушки и стимулируют процессы генерации газа, который затем мигрирует через трещины к поверхности океанского дна. Важной составляющей хемосинтетических экосистем являются их связи с окружающей глубоководной биотой. Совместное существование хемосинтезирующих организмов с гетеротрофными животными — морскими звёздами, морскими огурцами и амфиподами — указывает на широкий спектр взаимодействий и перекидывание энергии от химических источников в пищевые цепочки глубоких океанских сообществ.
Перспективы дальнейших исследований позволят лучше понять, насколько хемосинтез влияет на глобальные процессы углеродного цикла и биоразнообразие в экстремальных условиях. Открытие масштабных хемосинтетических сообществ в самых глубоких частях осадочных желобов — это важный вклад в изучение адаптивных механизмов жизни на Земле и расширение границ биосферы. Оно показывает, что энергетические ресурсы, независимо от солнечного света, способны поддерживать сложные и многогранные сообщества организмов. Кроме того, существование газовых гидратов и активных процессов миграции метана в таких глубинах требует пересмотра моделей углеродного обмена, особенно в условиях изменения климата и растущей заинтересованности в энергетических ресурсах морского дна. В итоге, эти беспрецедентные исследования не только проливают свет на малоизвестные экосистемы глубочайших морских впадин, но и стимулируют новые вопросы о распространённости хемосинтеза, его роли в биогеохимических циклах и потенциале глубоководных экосистем как хранилищ углерода.
Они бросают вызов устоявшимся представлениям о жизни в экстремальных условиях и расширяют горизонты современной морской науки, открывая новые пути для изучения и сохранения биоразнообразия на планете.
