Хадальные желоба, расположенные на глубинах свыше 6000 метров и представляющие собой одни из наиболее труднодоступных и малоизученных областей на планете, последние годы всё активнее привлекают внимание ученых. Недавние экспедиции в Курило-Камчатский и западный Алеутский желоба доказали, что эти зоны не только населены жизнью, но и поддерживают обширные сообщества организмов, основанные на хемосинтезе — процессе, при котором энергия добывается из химических реакций, обычно связанных с выделением сероводорода или метана. Это открытие значительно расширяет наши представления о биологических границах существования и экосистемах глубокого океана.Сообщества, обнаруженные на глубинах от 5800 до рекордных 9533 метров, являются крупнейшими и самыми глубокими из известных на сегодняшний день хемосинтетических экосистем. Главными обитателями этих экосистем стали трубчатые черви семейства сибоглинид и двустворчатые моллюски, которые совместно с микробными сообществами используют химическую энергию, выделяемую при распаде метана и сероводорода.
Жизнь в этих условиях возможна благодаря Fugendouzhe — человекоуправляемому глубоководному аппарату, который в ходе экспедиций 2024 года позволил детально изучить фауну и геохимию этих загадочных сообществ.Уникальность этих хемосинтетических сообществ заключается не только в их глубине, но и в протяженности: они простираются вдоль дна обеих желобов на расстоянии около 2500 километров. Такие масштабы позволяют предположить, что подобные экосистемы распространены гораздо шире, чем считалось ранее. Их существование связано с геологическими особенностями данного региона — разломы и разрывы в коре создают естественные каналы для поступления богатых метаном и сероводородом жидкостей из глубинных слоев осадков.Микробная активность в слоях осадков, подверженных анаэробному разложению органики, приводит к формированию метана микробного происхождения, что подтверждается изотопным анализом образцов.
Процессы диоксидного углеродного восстановления, протекающие в глубинных слоях, производят метан, который аккумулируется под непроницаемыми слоями осадков в виде растворенного газа и газогидратов. Подвижные геологические структуры, возникающие вследствие субдукции океанической плиты, способствуют боковому перемещению метановых флюидов к аккреционным призмам, а затем их подъему к морскому дну через разломы, где и формируются холодные источники — хемосинтетические экосистемы.Фауна, населяющая эти участки, демонстрирует впечатляющее разнообразие и адаптации к экстремальным условиям потрясающего давления и полной темноты. Трубчатые черви обладают специальными гемоглобинами с высокой способностью связывать кислород и сероводород, что позволяет им эффективно питаться за счет симбиотических бактерий, окисляющих химические соединения. Моллюски и ряд видов полихет, обитающих в непосредственной близости к трубчатым червям, связаны с этими хемосинтетическими сообществами и играют важную роль в круговороте веществ и биоразнообразии.
Открытия таких систем на рекордных глубинах бросают вызов традиционным представлениям о пищевых цепочках в глубоководных экосистемах, где основным источником энергии считалось падающее с поверхности органическое вещество. Хемосинтез в глубинах хадала выступает дополнительным и весьма продуктивным источником энергии, способным поддерживать обширные и сложные биотопы.Помимо биологических аспектов, исследование данных экосистем открывает новые перспективы для понимания циклов глобального углерода. Метан, как мощный парниковый газ, присутствующий в огромных концентрациях в осадках, заморожен в виде газа или газогидратов, может играть важную роль как в подземных процессах субдукции, так и в регуляции баланса углеродных соединений, влияя на климатические процессы. Особенно значимым является тот факт, что часть органического углерода не захороняется в глубинах литосферы, а аккумулируется в виде метана в осадках, что означает существование неизвестного ранее углеродного резерва.
Геологические условия Курило-Камчатского и Алеутского желобов, их активность и тектоническая структура способствуют формированию подходящих условий для накопления и миграции метана. Они служат естественными «ловушками» органического материала, что обеспечивается высокопродуктивным регионом над их поверхностью с интенсивными весенними фитопланктоновыми цветениями. Органический детрит, оседая в глубинах, становится субстратом для микробного метаногенеза. Последующие геодинамические процессы и разломы скважины позволяют метану выталкиваться на морское дно, создавая богатые химическими веществами среды, в которых развиваются хемосинтетические сообщества.Новые данные, полученные благодаря субмарине «Фэндоуже», позволяют ученым заниматься более детальным изучением экологических особенностей, видовогого разнообразия и функциональных связей в этих уникальных экосистемах.
Важно отметить, что эти сообщества характеризуются не только высокими плотностями представителей сибоглинид и бивалвий, но и соседствующим разнообразием гетеротрофных организмов, которые получают питание через пищевые сети, связанные с хемосинтезом. Это доказывает, что химическая энергия, выделяемая при реакции разложения глубинных химических веществ, способна поддерживать широкие биологические сообщества далеко за пределами непосредственно зоны выхода флюидов.Исследования также выявили наличие метановых газогидратов в глубинных слоях осадков, что подчеркивает важность этих структур для улова и длительного хранения углерода. Они представляют собой потенциальные источники энергетических ресурсов и влияют на динамику газообмена на планете. Анализ фазового состояния метана показывает, что в условиях давления и температуры глубочайших желобов он находится в растворённом или гидратированном состоянии без газовой фазы, что объясняет отсутствие газовых пузырей у орт инфильтрации на морском дне.
Открытия в Курило-Камчатском и западном Алеутском желобах имеют важные глобальные последствия. Если хемосинтетические сообщества широко распространены и в других подобных геологических зонах, то следует пересматривать существующие модели биогеохимического круговорота углерода и энергетического баланса в Мировом океане. Включение данных процессов в глобальные климатические модели повысит точность прогнозов влияния океана на изменение климата и позволит лучше понять устойчивость экосистем в условиях изменяющегося мира.Перспективы исследовательских проектов открывают новые направления для изучения адаптаций живых организмов к экстремальным условиям давления и отсутствия солнечного света, взаимодействий между микробиомом и макрофауной, а также значимости глубоководных сообществ для биосферы планеты. Помимо фундаментальной науки, данные открытия могут иметь прикладное значение в сфере освоения недр Мирового океана и разработки новых биотехнологий.
Таким образом, современная наука получила беспрецедентные доказательства того, что жизнь способна не только существовать, но и процветать в самых глубоких частях океанов, используя энергию химических процессов, независимую от солнечного света. Эти знания расширяют горизонты понимания экстремальных экосистем и их вклада в глобальные процессы. Хадальные желоба открываются как ключевые объекты исследований в морской биологии, океанографии и геохимии, обещая новые открытия и понимание тайн природы глубин.
