Самые глубокие впадины океанов являются домом для «невероятного» разнообразия

Фото из открытых источников

Марианская впадина Тихого океана, самая глубокая в мире, давно завораживает ученых и искателей приключений. Одним из последних, кто исследовал ее, был кинорежиссер Джеймс Кэмерон, который в 2012 году отправился в тесном одноместном батискафе в щелевидную долину внутри впадины, называемую Бездной Челленджера, почти на 11 000 метров ниже уровня моря — самой глубокой точки на Земле. Другие экспедиции нанесли на карту причудливую топографию впадины. Теперь, в трех статьях, опубликованных в Cell, ученые проливают свет на странные и удивительные организмы, населяющие эту загадочную среду.

«Вместе эти исследования значительно продвигают глубоководную биологию», — говорит Сантьяго Эррера, молекулярный эколог из Университета Лихай, который не принимал участия в новом исследовании. Все три статьи, являющиеся частью проекта исследований окружающей среды и экологии Марианской впадины (MEER), проливают свет на одну из самых неисследованных сред обитания на планете: зону хадла, которая находится внутри океанических впадин на глубине от 6000 до 11 000 метров. Там сокрушительное давление, темнота и низкие температуры враждебны для жизни — и этого достаточно, чтобы помешать большинству экспедиций.

Для нового проекта исследователи использовали Fendouzhe, который Дуглас Бартлетт, глубоководный микробиолог из Калифорнийского университета в Сан-Диего, описывает как «инженерное чудо».  Для сравнения, американский подводный аппарат Alvin может погружаться на глубину до 6500 метров). Судно, способное перевозить трех человек в самые глубокие части океана, оснащено парой роботизированных рук и корзиной для образцов, что позволяет ему собирать сотни образцов за одно погружение. В период с августа по ноябрь 2021 года Fendouzhe совершил десятки погружений в Марианской впадине и соседних регионах, доставив обратно образцы заполненных микробами осадков, рыб и крошечных креветкообразных, называемых амфиподами.

«Был обнаружен невероятный уровень разнообразия», — говорит Бартлетт, ссылаясь на одно новое исследование, в котором было выявлено более 7000 новых видов микроорганизмов в Марианской впадине, 89% из которых являются новыми для науки. Соавтор исследования Мо Хан, биолог из BGI Research, говорит, что микробы выработали уникальные стратегии выживания в зоне хадла, где и света, и питательных веществ мало. Генетический анализ показал, что у некоторых из них небольшие, высокоэффективные геномы, специализирующиеся на нескольких жизненно важных функциях, тогда как у других — более крупные, более универсальные геномы, позволяющие им справляться с изменяющимися условиями окружающей среды. У некоторых видов есть гены, которые позволяют им потреблять трудноразлагаемые вещества, такие как оксид углерода, — преимущество в среде с небольшим количеством других источников пищи. «Жизнь находит больше, чем один путь», — говорит Хан.

Во втором исследовании ученые сообщают, что амфиподы, возможно, приспособились к этой экстремальной среде, сформировав симбиотические отношения с глубоководными бактериями, что сделало их одними из самых распространенных обитателей хадальной зоны, говорит соавтор исследования и исследователь BGI Шаньшань Лю. Анализ содержимого кишечника ракообразных выявил высокий уровень бактерий Psychromonas , которые, как подозревает группа, могут способствовать производству соединения, называемого триметиламин N-оксид. Это вещество, обнаруженное во многих глубоководных организмах, поддерживает баланс жидкостей в организме и помогает защититься от разрушительного воздействия высокого давления.

Третье исследование обнаружило доказательства того, что рыбы, живущие на глубине 3 километра и более, все имеют генетическую мутацию, которая позволяет их клеткам более эффективно транскрибировать гены в основные белки, помогая им быстро реагировать на стресс, вызванный давлением, холодом и темнотой. Изучая геномы 11 видов, исследователи также смогли определить, когда определенные линии впервые колонизировали глубокое море. Угри, например, могли совершить погружение около 100 миллионов лет назад, избежав массового вымирания 65 миллионов лет назад, которое уничтожило динозавров и многие морские организмы, обитавшие на мелководье. Между тем, рыбы-слизни могли отправиться в глубоководные впадины около 20 миллионов лет назад, что, возможно, совпало с периодом тектонических потрясений. Глубокое море могло служить «экологическим убежищем» во время изменений окружающей среды, вызванных резкими колебаниями температуры и кислорода, говорит соавтор исследования и исследователь BGI Юэ Сон.

Помимо обнаружения процветающей экосистемы в зоне хадла, исследователи также стали свидетелями тревожных признаков человеческой деятельности. Во время своих погружений, объясняет Чжао, команда наткнулась на пластиковые пакеты, пивные бутылки и банки из-под газировки — и даже на почти нетронутую корзину для белья в самой глубокой части другой пропасти на морском дне, впадины Яп. «Это было для нас глубоким шоком», — говорит Чжао. Но они также обнаружили, что глубоководные микробы, похоже, умеют расщеплять загрязняющие вещества и использовать их для получения энергии, говорит она, предполагая, что эти организмы «могут предложить новые решения текущих проблем загрязнения окружающей среды человеком».

В будущем команда MEER планирует исследовать другие глубоководные впадины по всему миру и, возможно, обнаружить ключи к происхождению жизни на Земле. «Восемьдесят процентов глобальной хребтовой зоны все еще остаются для нас загадкой», — говорит исследователь BGI Лян Мэн, — «и в этой неизведанной биосфере могут быть обнаружены еще более необычные формы жизни».