Sekret najmroczniejszych obszarów Ziemi. Tętni tu życie, myśleliśmy inaczej

Najgłębsze rejony oceanów, określane jako strefa hadalna, obejmujące głębokości od 6000 do niemal 11 000 metrów, od dawna fascynują naukowców i podróżników. To ekstremalne środowiska, gdzie ciśnienia zdolne do miażdżenia stalowych konstrukcji, niemal absolutny mrok oraz temperatury bliskie zera stopni Celsjusza. Najgłębszym z tych rowów jest Rów Mariański, sięgający niemal 11 kilometrów poniżej poziomu morza. Jeszcze niedawno wydawało się, że w takich warunkach życie nie może przetrwać. Jednak najnowsze badania dowodzą, że te rejony zamieszkuje niezwykle bogata i zróżnicowana społeczność organizmów.

Wyniki badań opublikowanych w prestiżowym czasopiśmie „Cell” w ramach projektu MEER (Mariana Trench Environment and Ecology Research) wskazują, że mikroorganizmy stanowią kluczowy element ekosystemu strefy hadalnej. Dzięki zaawansowanym technologiom, m.in. chińskiemu batyskafowi Fendouzhe, udało się pobrać tysiące próbek osadów z głębokości 6-11 km poniżej poziomu morza. W wyniku szczegółowych analiz zidentyfikowano ponad 7500 gatunków mikroorganizmów, z czego aż 89% wcześniej nie było znanych nauce.

Naukowcy odkryli, że mikroorganizmy te wykształciły dwie odrębne strategie adaptacyjne. Pierwsza opiera się na "uproszczonych", bardzo wyspecjalizowanych genomach, umożliwiających sprawne przetrwanie w ubogim w składniki odżywcze środowisku. Druga grupa organizmów posiada bardziej złożone genomy, zdolne reagować na zmienne warunki środowiskowe. Te niezwykłe strategie adaptacyjne obejmują między innymi metabolizm trudno rozkładalnych substancji, takich jak tlenek węgla, a także rozwój mechanizmów antyoksydacyjnych chroniących przed uszkodzeniami powodowanymi przez wolne rodniki - często spotykane na dużych głębokościach.

Nie tylko mikroby, ale także głębinowe ryby zaskoczyły naukowców swoimi ewolucyjnymi dostosowaniami. Badania genomów 11 gatunków ryb żyjących na głębokościach powyżej 3000 metrów ujawniły szereg wspólnych adaptacji, m.in. mutację w genie rtf1, kluczowym dla procesu transkrypcji genów. Dzięki tej mutacji komórki ryb lepiej radzą sobie z ekspresją niezbędnych białek pod wpływem ekstremalnych warunków, takich jak bardzo wysokie ciśnienia i temperatury bliskie zera.

Jednym z ciekawych wniosków było również zakwestionowanie dotychczasowego przekonania, że zawartość tlenku trimetyloaminy (TMAO), substancji chroniącej komórki przed wysokim ciśnieniem, rośnie wraz z głębokością. Nowe analizy wskazują, że choć TMAO odgrywa ważną rolę, nie jest jedynym czynnikiem decydującym o zdolności przetrwania ryb w najgłębszych partiach oceanu.

Niepokojącym wnioskiem z badań było jednak odkrycie, że nawet w organizmach zwierząt zajmujących tak niedostępne i ekstremalne środowiska, wyraźnie widoczne są ślady działalności człowieka. W tkankach ryb zidentyfikowano wysoką ilość zanieczyszczeń organicznych, takich jak polichlorowane bifenyle (PCB). Związki stosowane między innymi jako izolatory czy smary. Znaczna ilość PCB w organizmach głębokomorskich ryb i innych zwierząt wyraźnie pokazują, że nie ma już na naszej planecie miejsc zupełnie nietkniętych przez zanieczyszczenia.

Najlepiej dostosowanymi do głębokomorskich gatunków zwierząt mogą być jednak obunogi (Amphipoda) - małe skorupiaki przypominające krewetki. W próbkach pobranych z Rowu Mariańskiego oraz pobliskich Rowów Yap i Basenu Filipińskiego odkryto aż 622 osobniki przedstawiciela jednego gatunku tej gromady - Hirondellea gigas. Badania genetyczne ujawniły, że populacje z Rowu Mariańskiego są niezwykle jednorodne genetycznie bez względu na to, z jakiej głębokości je pobrano, co sugeruje, że są wyjątkowo odporne na ciśnienia i łatwo dostosowują się do bardzo urozmaiconych warunków.

Kluczową rolę w adaptacji obunogów odgrywają symbiotyczne bakterie z rodzaju Psychromonas, obecne w układzie pokarmowym tych skorupiaków. Analiza wykazała, że bakterie te biorą udział w produkcji hormonów wpierających regulację ciśnienia wewnątrz ich organizmów i adaptację gospodarza do ekstremalnych warunków. Obunogi posiadają też enzymy umożliwiające trawienie substancji trudnych do rozłożenia, co zapewnia im dostęp do składników odżywczych bardzo ubogim w pokarm środowisku.

Pierwsze próby zbadania najgłębszych regionów oceanu miały miejsce w XIX wieku. W latach 1872-1876 brytyjska wyprawa na statku HMS "Challenger" przeprowadziła pierwsze kompleksowe badania oceanograficzne, podczas których odkryto i zmierzono głębokość Rowu Mariańskiego, wskazując na istnienie Głębi Challengera. Pierwsza załogowa wyprawa na dno najgłębszego punktu oceanu miała miejsce w 1960 r., gdy szwajcarski oceanograf Jacques Piccard i amerykański porucznik Don Walsh, na pokładzie batyskafu "Trieste", osiągnęli głębokość 10 916 metrów. Spędzili na dnie około 20 minut i byli pierwszymi, którzy zaobserwowali tam przejawy życia.

W 2019 roku amerykański badacz Victor Vescovo ustanowił rekord, schodząc na głębokość 10 927 metrów w Rowie Mariańskim za pomocą łodzi podwodnej Limiting Factor. W 2021 roku rekord pobiła chińska załogowa łódź podwodna Fendouzhe, która osiągnęła głębokość 10 909 metrów.

Badacze podkreślają jednak, że aż 80% globalnej strefy hadalnej pozostaje nieodkryte.