Хадальные желоба — одни из наименее исследованных и наименее изученных уголков нашей планеты. Расположенные на глубинах свыше 6000 метров, эти геологические структуры представляют собой узкие и глубокие впадины, возникающие в результате субдукции океанических плит. Несмотря на экстремальные условия — практически полное отсутствие солнечного света, экстремальное давление и низкие температуры — здесь были обнаружены уникальные сообщества организмов, которые живут и процветают, опираясь не на фотосинтез, а на хемосинтез, то есть на преобразование химической энергии. Последние научные экспедиции, проведенные в Курило-Камчатском и западном Алеутском желобах, ознаменовались сенсационным открытием — обнаружением самых глубоких и обширных хемосинтетических сообществ в мировом океане. Ранее наличие таких экосистем в хадальной зоне было лишь гипотетическим предположением, и фактические данные их обитания были крайне редки из-за технических трудностей в исследовании столь больших глубин.
Ключевым фактором жизни в этих сообществах является наличие сероводородистых и метановых жидкостей, которые поднимаются по разломам в глубинных слоях осадков. Метан, производимый микробами в обходящих горных породах из осадочного органического вещества, служит основным источником энергии для целого микрокосма организмов, начиная от бактерий и заканчивая специализированными многоклеточными безпозвоночными. Во время экспедиций в 2024 году с использованием глубоководного пилотируемого аппарата Fendouzhe были задокументированы сообщества, протяжённостью до 2500 километров, расположенные на глубинах от 5800 до более чем 9500 метров. Эти глубоководные экосистемы представлены в основном трубчатыми червями семейства Siboglinidae и моллюсками из класса двустворчатых. Их плотность удивляет — на каждом квадратном метре можно насчитать тысячи организмов, обитающих в этих агрессивных условиях.
Это явление доказывает, насколько пластична и адаптивна жизнь, способная развиваться там, где, казалось бы, её существование невозможно. Такие сообщества пополняют наше понимание биоразнообразия, особенно учитывая, что до сих пор основным источником энергии и питания в глубоководных экосистемах считались продукты фотосинтеза — органическое вещество, которое падает с поверхности океана. Открытие обширных хемосинтетических сообществ, использующих энергию химического распада соединений серы и метана, радикально меняет эту парадигму. Местонахождения этих сообществ, как показывает геологический анализ, связаны с зоной разломов и тектонической активностью, где происходит интенсивный выход метановых и сероводородных растворов. Геохимический анализ образцов седиментов проливает свет на происхождение метана — он микробного происхождения, формируется на основе разложения органического вещества в анаэробных условиях.
Изотопный состав метана свидетельствует о том, что главным процессом является микробное восстановление углекислого газа с последующим образованием метана. Это подчеркивает важную роль микробных сообществ в глубинных осадках — они не только обеспечивают энергию для верхних звеньев пищевой цепи, но и участвуют в важнейших биогеохимических циклах углерода и серы. Эти находки имеют фундаментальное значение не только для океанологии и биологии, но и для глобального понимания циклов углерода. Хадальные желоба могут служить значительным резервуаром органического углерода, часть которого аккумулируется в форме метана и метаногидратов. Удержание этого углерода в осадках, а не его погружение в глубинный слой литосферы через субдукцию, может существенно влиять на глобальные углеродные потоки и, следовательно, на климатические процессы в масштабах планеты.
Структурно сообщества на дне хадальных желобов демонстрируют удивительное разнообразие. Наибольшим представительством обладают трубчатые черви, имеющие симбиотические бактерии, которые переводят химические вещества, выделяемые из глубинных источников, в питательные вещества для хозяина. Рядом с ними обитают моллюски двустворчатые, которые также имеют хемосимбиотические отношения с бактериями. Кроме того, обнаружены многочисленные виды полихет, ракообразных, голотурий и других организмов, составляющих сложную экосистему, где энергия поднимается по пищевой цепи благодаря хемосинтезу. Геологическая структура зоны, особенно наличие нормальных разломов, создает пути для миграции метановых и сероводородных жидкостей.
Органическое вещество, аккумулированное на дне этих впадин, образуется из поверхностной биомассы, которая под воздействием течений, оползней и сейсмических событий скапливается в природных ловушках на дне океана. Тектоническое сжатие и деформация пластов способствуют горизонтальной миграции метана, который затем поднимается по трещинам к поверхности морского дна, где и формируются хемосинтетические сообщества. Кроме фундаментального научного значения, эти открытия обладают и прикладным потенциалом. Метаногидраты — своеобразные ледяные структуры, содержащие метан, являются потенциальным источником альтернативного энергетического сырья. Понимание процессов их образования и устойчивости в условиях великого давления и низких температур хадальной зоны расширяет горизонты морской геохимии и может направить будущие проекты по разведке и добыче.
Будущие исследования, разумеется, должны сосредоточиться не только на описании фауны и флоры этих уникальных экосистем, но и на детальном изучении взаимодействий между микро- и макроорганизмами, процессе круговорота веществ и влиянии этих систем на глобальные экологические процессы. Особенно важным является изучение того, насколько продуктивны эти сообщества и как они влияют на локальный и региональный пищевые сети. Отдельное внимание заслуживает выяснение механизмов адаптации организмов к экстремальным давлениям и низким температурам, что может стать основой для новых биотехнологий. Открытие процветающих хемосинтетических экосистем в глубочайших частях океана напоминает нам, что жизнь на Земле невероятно пластична и способна адаптироваться в самых суровых условиях. Эти сообщества, функционирующие на основе химических процессов и микробной активности, помогают нам расширить понимание границ биосферы и воссоздают картину жизни за пределами фотосинтеза.
Они подчеркивают важнейшую роль глубоководных экосистем в поддержании биогеохимического баланса планеты и в формировании глобального кругооборота углерода на геологическом времени. Таким образом, изучение хадальных желобов и хемосинтетических сообществ, обитающих в них, открывает новые перспективы для океанографии, экологии и климатологии, а также стимулирует развитие технологий глубоководных исследований. Открытия, сделанные в последние годы, лишь подтверждают, что океаны до сих пор скрывают множество тайн, способных изменить наше представление о жизни на Земле и её устойчивости в условиях глобальных изменений.
