Хадальные впадины являются одними из самых загадочных и малоизученных уголков нашей планеты. Их глубины превышают 6000 метров, создавая экстремальные условия, в которых долгое время считалось, что жизнь ограничена поверхностным органическим веществом, падающим сверху. Однако новейшие исследования доказывают, что даже в таких неприветливых средах существуют процветающие сообщества, основанные не на фотосинтезе, а на хемосинтезе — процессе, при котором организмы преобразуют химическую энергию в биологическую без помощи солнечного света. Эти открытия трансформируют наши представления о биологической активности и биогеохимическом цикле углерода в глубинах океана. Одной из величайших научных экспедиций последних лет стала исследование Курило-Камчатской и западной Алеутской впадин, проведённое с использованием глубоководного маневренного субмарины «Фэндоужэ».
Уникальная возможность погружения на глубины свыше 9000 метров позволила выявить самые глубокие и обширные науке сообщества, питающиеся хемосинтетическими процессами. Основную роль в этих экосистемах играют виды червей семейства Siboglinidae и разнообразные двустворчатые моллюски, распространяющиеся на протяжении более 2500 километров в зоне субдукции Тихоокеанской плиты под плитами Охотского и Берингова морей. В ходе многочисленных погружений было установлено, что эти сообщества поддерживаются потоками богатых гидросульфидом и метаном жидкостей, которые поднимаются по мощным геологическим разломам, пронизывающим глубокие слои осадочных пород впадин. Метан, главным образом микробного происхождения, образуется в анаэробных условиях при разложении органических остатков, которые концентрируются на дне впадин благодаря специфическому V-образному рельефу и действиям поверхностного продуктивного слоя моря. Хемосинтетические животные крайне специализированы и тесно связаны с микробным сообществом, которое окисляет метан и восстанавливает сероводород, что приводит к формированию уникальных биотопов.
Наиболее распространены черви с трубками длиной до 30 сантиметров, в которых живут симбионты, обеспечивающие их энергией посредством химического синтеза. Кроме того, присутствуют разнообразные виды моллюсков, среди которых отмечены представители Thyasiridae и Vesicomyidae, способные приживаться в хмурых условиях хадальных глубин, что ранее считалось невозможным из-за высокого давления и полного отсутствия света. Интересно, что структура и состав хемосинтетических сообществ существенно варьируются в разных участках дендритной системы впадин. В Курило-Камчатской впадине доминируют различные рода и виды siboglinid, тогда как в районе соединения Камчатки и Алеутских островов более заметны скопления двустворчатых моллюсков, сосуществующих с анемонами и другими фильтраторами. Такая пространственная паттернность свидетельствует о влиянии геологического строения, гидрогеохимических условий и источников углеводородов на биологическое разнообразие.
Геохимический анализ проб донных осадков с помощью изотопного состава углерода и водорода подтвердил, что метан преимущественно биогенного происхождения. Отметки по δ13C и δD указывают на микробное метаногенез, связанный с восстановлением углекислого газа в анаэробных условиях глубоких осадков. Эта метагенетическая активность происходит на глубинах от нескольких десятков до сотен метров ниже дна, создавая скопления метана, который может существовать как в растворённом виде, так и в форме газогидратов — особых структур, в которых молекулы газа стабильно удерживаются в кристаллической решётке воды. Жизнь в таких условиях требует от организмов особых адаптаций. Высокое гидростатическое давление, низкие температуры и ограниченный доступ к органике делают эти экосистемы настоящими претендентами на статус экстремальных биотопов.
Тем не менее, обнаружена высокая плотность животных, достигающая более 5800 трубчатых червей и почти 300 моллюсков на квадратный метр. Это говорит о важной роли химической энергии в подпитке живых систем на глубочайших участках Мирового океана. Геологический механизм, формирующий эти уникальные сообщества, связан с интенсивной тектонической активностью зоны субдукции. Пласт Тихого океана, погружающийся под другие плиты, создаёт систему изгибных и сдвиговых разломов, через которые поднимаются насыщенные метаном жидкости из нижних слоёв осадков. Эти потоки образуют холодные флуидные источники, подобные известным с моряных шельфов, но располагающиеся на глубинах вдвое и втрое больших, чем ранее изученные области.
В таких зонах формируются локальные микросреды, богатые восстановленными газами и минеральными веществами, обеспечивающие энергетическую базу для хемосинтеза. Значимость этих открытий выходит далеко за пределы узкоспециализированной биологии глубоководья. Во-первых, они уточняют представления о циклах углерода в океане, особенно в контексте подводной субдукции, где значительная доля органического углерода может минерализоваться и переходить в газовую фазу, а затем возвращаться в морскую среду, а не уходить в землю литосферу. Во-вторых, свидетельства наличия газогидратов на таких глубинах указывают на потенциальные запасы метана в мировом океане, которые могли бы влиять на климатические процессы и перспективы энергетики в будущем. Важным аспектом является и то, что хемосинтетические экосистемы поддерживают более широкий круг организмов, в том числе гетеротрофов, которые получают энергию косвенно, поедая продукты первичного производства бактерий и других симбионтов.
Таким образом, обнаруженные сообщества представляют собой комплексные биоценозы с устойчивыми трофическими связями, воздействующими на биологическое разнообразие и экологические процессы в бентосе. Открытие протяжённой и глубокой зоны холодных источников пробуждает вопросы о том, насколько такие сообщества распространены в других, аналогичных геологических структурах на планете. По строению тектонических плит, биогеохимии и другим признакам подобные условия могли возникать во многих хадальных зонах, например, в Марианской впадине или в западной части Тихоокеанского огненного кольца. Для будущих исследований открывается масштабная перспектива изучения жизни в экстремальных глубоководных условиях с применением передовых технологий глубоководных аппаратов и молекулярных методов. Это позволит подробно изучить адаптации организмов, микробные сообщества, а также процессы, определяющие формирование хемосинтетических экосистем.
