Китайская экспедиция, отправившаяся в глубины Марианской впадины, обнаружила поразительное количество форм жизни, процветающих на глубине, которая ранее считалась почти негостеприимной. Подводный аппарат Fendouzhe, способный перевозить трех исследователей почти на 11 000 метров ниже уровня моря, собрал сотни биологических образцов из самой глубокой впадины в мире в период с августа по ноябрь 2021 года.
Три новые статьи, опубликованные в журнале Cell раскрывают подробности этой неизведанной области, давая новое представление о генетике и стратегии выживания видов, приспособленных к экстремальной темноте, холоду и давлению хадальной зоны.
Путешествие в бездну
Руководствуясь Экологические и природоохранные исследования Марианской впадины (MEER), среди ученых, находившихся на борту «Фендоуже», был Вэйшу Чжао, микробиолог-экстремофил из Шанхайского университета Цзяо Тун. Вспоминая о спуске подводного аппарата, Чжао описал вид светящихся в темноте биолюминесцентных организмов.
Когда они достигли морского дна, то увидели яркое разнообразие планктона — зрелище, которое поставило под сомнение давние представления об этой экстремальной среде. «В тот момент, — говорит Чжао, — я сразу понял, что [deep ocean] должно быть гораздо более процветающей средой обитания, чем мы себе представляли».
Усовершенствованная конструкция «Фендуже» отличает его от обычных подводных аппаратов, которые обычно не выдерживают давления ниже 6500 метров. Оснащенное роботизированными манипуляторами и корзиной для образцов, судно позволило исследователям привезти богатый груз рыбы, ракообразных и отложений, кишащих микробами. Дуглас Бартлетт, глубоководный микробиолог из Калифорнийского университета в Сан-Диего, называет «Фендуж» «чудом инженерной мысли».
В одном из исследований было обнаружено более 7000 видов микроорганизмов из Марианской впадины, 89% из которых были совершенно новыми для науки. Соавтор исследования Мо Хань из BGI Research заметил, что эти микроорганизмы демонстрируют разнообразные стратегии выживания.
Некоторые микробы имеют маленькие, узкоспециализированные геномы, оптимизированные для работы в условиях дефицита света и питательных веществ, в то время как другие обладают более крупными и гибкими геномами, чтобы справляться с изменениями. Многие из них также обладают генами, расщепляющими трудноперевариваемые соединения, такие как угарный газ, что является ключом к выживанию в условиях ограниченных источников пищи. «Жизнь находит не один путь, — говорит Хан.
Другая статья посвящена крошечным креветкоподобным амфиподам, которые, похоже, процветают на симбиотические отношения с глубоководными бактериями.. Анализы показали наличие значительного количества бактерий Psychromonas в кишечнике амфипод. Исследователи предполагают, что эти микробы помогают вырабатывать триметиламин N-оксид — соединение, стабилизирующее жидкости в организме под высоким давлением, что является критической адаптацией для организмов, живущих на сокрушительных глубинах.
В третьем исследовании изучались рыбы, обитающие на глубине 3 000 метров и ниже. Команда выявила общую генетическую мутацию , которая повышает эффективность транскрипции генов в белки — механизм быстрого реагирования на стресс.
Сравнив геномы 11 видов, исследователи вычислили, когда различные виды рыб впервые проникли в морские глубины. Угорь спустился на дно около 100 миллионов лет назад, возможно, чтобы избежать массового вымирания динозавров на мелководье, а рыба-улитка спустилась в морские впадины около 20 миллионов лет назад.
Загрязнение окружающей среды и дальнейший путь
Несмотря на процветающую экосистему, исследователи также обнаружили на тревожной глубине техногенный мусор: пластиковые пакеты, банки из-под газировки и даже корзину для белья во впадине Яп. «Это нас глубоко потрясло, — говорит Чжао. Однако глубоководные микробы, похоже, способны разлагать по крайней мере некоторые из этих загрязняющих веществ, что указывает на возможность биотехнологических решений».
Проект MEER планирует изучить другие впадины по всему миру, поскольку 80 процентов глобальной хадальной зоны остается неизученной. Исследователь BGI Лян Мэн предполагает, что в этих отдаленных районах могут скрываться ключи к происхождению жизни, а также «еще более необычные формы жизни», приспособленные к суровым условиям.
Хотя самые глубокие места на Земле остаются мрачными и во многом неизвестными, каждая экспедиция приближает их к центру нашего понимания жизни в океане.
