Zbadali głębiny między Rosją a Alaską. To zupełnie nowy ekosystem

W Rowie Kurylsko-Kamczackim i Aleuckim, na głębokościach przekraczających 9500 metrów, chińska ekspedycja oceanograficzna odkryła rozległe skupiska organizmów żyjących w oparciu o chemosyntezę. Badacze zidentyfikowali tysiące rurkoczułkowców, małży i innych bezkręgowców, które przystosowały się do życia w warunkach braku światła, skrajnego ciśnienia i niskich temperatur.

"To znalezione najgłębiej i najbardziej rozległe społeczności organizmów chemosyntetycznych, jakie kiedykolwiek zaobserwowano" - stwierdzili autorzy badania opublikowanego w czasopiśmie "Nature".

Zwierzęta te nie potrzebują światła słonecznego. Korzystają z energii chemicznej uwalnianej przez związki metanu i siarkowodoru wypływające z dna oceanicznego przez geologiczne pęknięcia. W tych ekstremalnych warunkach powstają ekosystemy niezależne od fotosyntezy, zasilane przez mikroorganizmy przekształcające związki chemiczne w energię.

Zespół wykorzystał batyskaf Fendouzhe, zdolny do zejścia na maksymalnie 11 tys. metrów. Podczas 23 zanurzeń, przeprowadzonych latem 2024 r. z pokładu statku RV Tansuoyihao, naukowcy zbadali liczne lokalizacje w obrębie dwóch głębokich rowów oceanicznych. W 19 miejscach natrafiono na aktywne pola sejsmiczne i rozległe kolonie organizmów chemosyntetycznych.

Najgłębiej położony ekosystem, nazwany przez badaczy "The Deepest", znajdował się na głębokości 9533 metrów. Miejsce to pokrywały gęste kolonie frenulatów (rurkoczułkowców z rodziny Siboglinidae), których rurki miały długość 20-30 cm i zaledwie 1 mm średnicy. Zwierzęta te żyją w symbiozie z bakteriami utleniającymi metan i siarkowodór.

Towarzyszyły im inne organizmy przystosowane do tego środowiska: wieloszczety, mięczaki, ukwiały, liliowce, ogórki morskie i skorupiaki. W niektórych lokalizacjach liczba osobników frenulatów sięgała ponad 5800 na metr kwadratowy.

Źródłem energii dla tych społeczności jest metan produkowany przez mikroorganizmy w osadach dennych. Analiza izotopowa wykazała, że metan ten powstaje w wyniku mikrobiologicznej redukcji dwutlenku węgla z materii organicznej zdeponowanej na dnie.

Zarówno metan, jak i siarkowodór, transportowane są ku powierzchni przez uskoki tektoniczne u podstawy struktur geologicznych zwanych pryzmami akrecyjnymi. Tam zasilają rozległe "zimne wycieki" - miejsca, gdzie wypływające płyny umożliwiają funkcjonowanie społeczności zależnych od chemosyntezy.

"Z uwagi na podobieństwa geologiczne innych rowów oceanicznych, takie społeczności mogą być znacznie powszechniejsze, niż dotąd przypuszczano" - zaznaczają autorzy badania.

Warunki życia w tych miejscach są ekstremalne. Ciśnienie hydrostatyczne na dnie Rowu Kurylsko-Kamczackiego przekracza 1000 atmosfer, czyli ponad 8 ton na cal kwadratowy. Dla porównania, ciśnienie na powierzchni oceanu wynosi zaledwie 1 atmosferę.

Dotychczas uważano, że w takich warunkach mogą przetrwać jedynie organizmy jednokomórkowe. Odkrycie złożonych ekosystemów, zdominowanych przez zwierzęta wielokomórkowe, zmienia tę perspektywę.

Na filmach z batyskafu widać m.in. "śnieżne" dywany z bakterii metanotroficznych, pokrywające dno na długości kilkudziesięciu metrów. Rurkoczułkowce z czerwonymi czułkami i muszle małży wystają z osadu, który często ma ciemny kolor z powodu obecności siarczków żelaza.

W trakcie ekspedycji zidentyfikowano kilka dużych pól chemosyntetycznych, m.in. Wintersweet Valley, Cotton Field i Dead Valley. Choć lokalizacje te znajdują się w niedużej odległości od siebie, różni je skład gatunkowy oraz stopień aktywności wycieków. W Dead Valley frenulaty były martwe, co sugeruje wygaszenie źródła metanu. W Cotton Field, położonym zaledwie 50 metrów dalej, znajdowały się aktywne kolonie z licznymi towarzyszącymi gatunkami.

W Rowie Aleuckim dominowały z kolei kolonie małży z rodzaju Abyssogena i Isorropodon oraz rurkoczułkowce Ampharetidae. Największe pole - Clam Bed - rozciągało się na długości 2 km przy uskoku geologicznym na głębokości 5800 metrów.

Badanie dostarcza również nowych danych na temat obiegu węgla w oceanach. Metan zgromadzony w osadach może występować nie tylko w formie rozpuszczonej, ale również jako hydrat - związek metanu z wodą w stanie stałym. W kilku lokalizacjach odkryto stężenia metanu przekraczające 100 000 ppm, co wielokrotnie przewyższa wartość równowagi dla hydratu w tych warunkach.

Zdaniem autorów obecność hydratu metanu w rowach oceanicznych może świadczyć o nieznanym dotąd mechanizmie długoterminowego magazynowania węgla organicznego w strefach subdukcji. "Nasze obserwacje sugerują, że biosfera głębokiego podłoża może odgrywać istotniejszą rolę w procesach biogeochemicznych, niż dotąd sądzono" - piszą badacze.

Badanie może mieć także istotne znaczenie dla poszukiwania śladów życia poza Ziemią. W pokrytych grubą warstwą lodu i zupełnie odciętych od światła słonecznego oceanach Europy czy Enceladusa to właśnie chemosynteza może stanowić podstawę hipotetycznych ekosystemów, które mogły tam powstać.

Odkrycia te mają także znaczenie w kontekście potencjalnej eksploatacji głębin. Coraz więcej państw, w tym Chiny i Stany Zjednoczone, deklaruje zainteresowanie wydobyciem minerałów z dna oceanicznego. Organizacje ekologiczne ostrzegają jednak, że ingerencja w te słabo poznane ekosystemy może prowadzić do ich nieodwracalnego zniszczenia.

Mimo wieloletnich negocjacji, Międzynarodowa Organizacja Dna Morskiego (ISA) nadal nie przyjęła ostatecznych regulacji dotyczących górnictwa głębinowego.

W przeszłości chińskie media informowały, że misje batyskafu Fendouzhe mają na celu m.in. badania "głębinowych zasobów materiałowych". Obecne odkrycia wskazują, że dno oceanu to nie tylko źródło surowców, ale również unikatowych, wrażliwych form życia.