Ученые выяснили, как тепло «пробуждает» углерод для питания подземной биосферы

Связь абиотических и биотических процессов в нагретом морском дне. Автор: Science Advances (2025). DOI: 10.1126/sciadv.adw8638

Глубоко под поверхностью океана находится крупнейший углеродный резервуар Земли: морские отложения, накапливавшие органическое вещество в течение миллионов лет. Согласно новому международному исследованию, этот огромный углеродный пул гораздо более динамичен, чем считали ученые ранее.

Исследовательская группа под руководством профессора Вана Фамина из Южно-Китайского ботанического сада Китайской академии наук вместе с коллегами из Бременского университета и Гарвардского университета обнаружила, что тепло может «пробуждать» этот древний углерод, превращая его в источник пищи для микробов, обитающих глубоко под морским дном.

Результаты, опубликованные в Science Advances, меняют научное понимание как жизни в экстремальных условиях, так и углеродного цикла глубоких недр Земли.

Морские отложения, нагретые выше 40 °C, составляют почти половину глобального объема морских осадков. Однако до сих пор процессы, поддерживающие микробную жизнь в таких высокотемпературных условиях, оставались неясными.

Предыдущие исследования задокументировали популяции микробов, выживающие в геотермально нагретой последовательности отложений глубиной примерно 1,2 километра; однако источник богатых энергией субстратов, на которые полагаются эти микробы, еще предстояло определить. Это новое исследование заполняет этот пробел, детализируя механизмы, которые поставляют органическое вещество в эти скрытые подповерхностные экосистемы.

Для проведения исследования команда проанализировала образцы отложений возрастом 7,8 миллиона лет, собранные в бассейне Сикоку в Тихом океане. Используя передовые аналитические методы, исследователи разработали модель, которая иллюстрирует, как взаимодействие биологических и абиотических (неживых) процессов преобразует рефракторное органическое вещество — материал, устойчивый к разложению — в формы, которые микробы могут использовать.

Примечательно, что эта модель работает противоположно механизмам секвестрации углерода, наблюдаемым на поверхности Земли: «обращение» минерального углеродного насоса происходит при температурах выше 35 °C, а инверсия микробного углеродного насоса возникает при температурах выше 55 °C.

«Эти медленные процессы действуют как обратный микробный углеродный насос — обычно механизм, стабилизирующий углерод на поверхности Земли, — однако здесь тепло реактивирует углерод, которому миллионы лет», — объяснил профессор Гань Шучай, первый автор исследования.

При 85 °C команда обнаружила, что эти процессы реактивации углерода ускоряются, производя простые соединения, которые питают микробную жизнь. В то же время цепи биологического разложения имеют тенденцию разрушаться, и абиотические процессы берут верх.

Они реструктурируют обычные микробные сообщества на основе органического вещества, встречающиеся в анаэробных (бескислородных) средах, и способствуют заключительным этапам минерализации — процесса, при котором органические вещества разлагаются на неорганические формы.

Хотя только около 0,25% органического углерода в этих отложениях становится биодоступным, огромный размер резервуара делает это значительным источником энергии. Углеродный пул морских отложений содержит оценочно 15 миллионов гигатонн (Гт) углерода — по сравнению с 39 000 Гт во всей толще океанской воды — обеспечивая достаточно энергии для поддержания обширных подповерхностных экосистем, известных как «глубокая биосфера».

Это исследование раскрывает ключевой механизм цикла углерода в глубоких недрах Земли и меняет наше понимание планетарных процессов.

Эти выводы не только разрешают давнюю неопределенность относительно источников энергии, поддерживающих глубокую биосферу в высокотемпературных морских отложениях, но и добавляют критически важное новое измерение в модели углеродного цикла Земли.

Больше информации: Shuchai Gan et al, Moderate heating renders 7.8-million-year-old sedimentary organic matter bioavailable, Science Advances (2025). DOI: 10.1126/sciadv.adw8638

Источник: Chinese Academy of Sciences