Гидротермальные системы

ГИДРОТЕРМАЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ.

, ,

Институт океанологии им. РАН, E-mail: *****@***ru; *****@***ru; *****@***ru;*****@***ru; *****@***ru; *****@***ru; *****@***ru;

Исследования последних лет показали необходимость и плодотворность комплексного исследования гидротермальных источников. Здесь наиболее зрима взаимная связь геологических, геохимических и биологических процессов. Интенсивность истечения и состав флюида в значительной степени определяют первичную продукцию гидротермальных экосистем и структуру биологических сообществ. Биологические процессы в той или иной степени воздействуют на формирование донного рельефа и состав осадков. Поэтому методологической основой проекта «Гидротермальные системы» является комплексное рассмотрение процессов, происходящих в гидротермальных системах. Исследовалась как абиотическая компонента (геологические и геохимические процессы), так и биота (биоразнообразие и функционирование сообществ).

Основными факторами, определяющими состав биоты, являются глубина гидортермального поля и состав гидротермального флюида. Если гидротермальное поле находится на глубине до 1–2 км, то оно постоянно омывается водами, содержащими заметное количество планктона, вследствие чего трофический градиент мал и не создаются энергетические предпосылки для возникновения и длительного существования специализированного гидротермального сообщества. На больших (3 км и более) глубинах резко падает концентрация планктона, трофический градиент между высокопродуктивными полями и бедными окрестностями создает условия для образования специализированных сообществ.

Долгое время считалось, что гидротермы имеют относительно постоянный химический и газовый состав. На примере гидротермального поля «Q» (9°50,7 с. ш. Восточно-Тихоокеанского поднятия, глубина 2520 м) показано, что за 12 лет г. в горячем растворе концентрация Н2S уменьшилась в 86 раз, а отношение Fe/H2S выросло в 1.7 раз, что привело к исчезновению микробных матов. Изотопный состав серы H2S не зависит от концентрации сероводорода, свидетельствуя о быстрой эволюции гидротермальной системы в первые годы ее существования. Изменения в составе флюида приводили к существенным изменениям в составе биологического сообщества

На основании исследований, включающих масс-спектрометрические и радиоизотопные, показан преимущественно биогенный источник Сорг взвеси и смешанный (абиогенный и биогенный) источник Сорг в растворах.

Важнейшую роль в образовании нового органического вещества на гидротермах играет нанобиота – организмы менее 1 мм, недоступные для изучения традиционными методами, т. к. большинство организмов либо разрушаются, либо принципиально «некультивируемы». Применение современных методов молекулярной генетики позволило изучить состав нанобиотного гидротермального сообщества Лост-Сити. В различных микробиотопах были представлены археи (Crenarchaeota и Euryarchaeota), бактерии (Alphaproteobacteria, Betaproteobacteria, Gammaproteobacteria, Deltaproteobacteria, Epsilonproteobacteria, Firmicutes, Actinobacteria, Acidobacteria, группа CFB, Nitrospirae, Planctomycetes, Verrucomicrobia, Chloroflexi), грибы (аскомицеты и базидиомицеты), одноклеточные (гетероконты и зеленые водоросли, альвеоляты, эвгленозои, радиолярии, Cercozoa, Heterolobosea) и многоклеточные животные. На примере поля Лост Сити показано, что на гидротермах существуют 2 трофические цепи:

цепь «современного» типа, основанная на аллохтонной органике фотосинтетического происхождения, приносимой набегающим течением, и сформированная преимущественно многоклеточными животными и цепь «архаичного» типа, основанная на автохтонной органике хемосинтетического происхождения, создаваемой гидротермальными прокариотами и археями, и сформированная преимущественно одноклеточными организмами.

Проанализирован большой массив данных о распределении планктона во всём столбе воды над гидротермами Северной Атлантики. Показано, что первичная продукция гидротермальных сообществ не оказывает существенного воздействия на фоновые планктонные сообщества непосредственно в районе гидротерм, так как не отмечено выраженного увеличения количества планктона в плюмах и у дна.

Формирование бентопелагической компоненты (придонного планктона) над североатлантическими гидротермами приводит к тому, что идущий вовне поток новообразованного хемосинтезированного органического вещества потребляется этими своеобразными живыми фильтрами.

Показано, что разница в распределении планктона над южными абиссальными и северными батиальными гидротермальными полями Северной Атлантики во многом зависит от продукционных характеристик поверхностного слоя соответствующих районов океана.

В рамках изучения биоразнообразия гидротермальной фауны сделана ревизия мировой фауны одного из ключевых таксонов в гидротермальных сообществах – двустворчатых моллюсков семейства Vesicomyidae. Анализ географического распространения представителей семейства в масштабе Мирового океана позволяет предположить, что районы метановых сочений вдоль континентальных окраин являются основными путями расселения этих моллюсков.

Проанализирована популяционная структура облигатных гидротермальных креветок Северной Атлантики, установлено, что поток генов в их популяциях идет по направлению с юга на север. Предсказано (и это предсказание подтвердилось последними открытиями) существование гидротермальных полей со значительным количеством креветок южнее 14 с. ш.