Фауна максимальных глубин на примере глубоководных желобов северо-западной части Тихого океана: пути формирования, эволюционные тенденции, границы распространения

КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Номер проекта 24-17-00321

НазваниеФауна максимальных глубин на примере глубоководных желобов северо-западной части Тихого океана: пути формирования, эволюционные тенденции, границы распространения

Руководитель Гебрук Андрей Викторович, Доктор биологических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт океанологии им. П.П. Ширшова Российской академии наук , г Москва

Конкурс №92 - Конкурс 2024 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований отдельными научными группами»

Область знания, основной код классификатора 07 - Науки о Земле; 07-519 - Биоокеанология

Ключевые слова глубоководные желоба, ультраабиссаль, абиссаль, фауна, эволюционные тенденции, филогенетический анализ, биогеография, вертикальная зональность

Код ГРНТИ87.26.00

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Максимальные глубины океана (>6000 м) в схеме вертикальной биологической зональности соответствуют зоне, называемой ультраабиссалью. В этой зоне расположены глубоководные океанические желоба, которые занимают всего 1-2% площади океана. Однако по вертикальной шкале (0-~11000 м) на желоба приходится около 45% океанических глубин. Эта зона океана чрезвычайно важна для понимания эволюции жизни на планете, пределов существования живых организмов и их адаптивных возможностей. Предлагаемый проект направлен на решение фундаментальной проблемы морской биологии и биогеографии - выявление путей формирования и эволюционных тенденций фауны глубоководных желобов. Основные задачи проекта включают выяснение филогенетических связей ключевых ультраабиссальных таксонов, характеристику особенностей распространения ультраабиссальных видов – с определением степени эндемизма фауны отдельных желобов и фаунистических связей между желобами, выявление положения вертикальной границы между абиссальной зоной и ультраабиссальной, уточнение таксономического состава фауны желобов северо-западной части Тихого океана. В эту группу входят желоба Алеутский (7679 м), Курило-Камчатский (ККЖ) (9717 м), Японский (8412 м) и Индзу-Бонинский (9810 м). Задачи проекта будут решаться на примере двух важнейших в ультраабиссали групп животных – иглокожих и двустворчатых моллюсков. Эти таксоны наиболее богаты по числу видов в абиссали и ультраабиссали, разнообразны в экологическом плане и образуют многочисленные популяции в глубоководных сообществах. Основу материала составит одна из крупнейших в мире коллекций фауны желобов, хранящаяся в ИО РАН. Дополнительно будут использованы сборы недавних германо-российских экспедиций (2012 и 2016 г.) в ККЖ и германской экспедиции (2022 г.) в Алеутский желоб. Кроме того, на 2024 г. запланирована китайско-российская экспедиция в ККЖ и Алеутский желоб с подводным обитаемым аппаратом при участии исполнителей проекта. Среди участников предлагаемого проекта сотрудники ИО РАН (Москва) и ННЦМБ (Владивосток). В проекте будет использован комплексный подход, сочетающий методы морфо-функционального, молекулярно-генетического, филогенетического и биогеографического анализа. Выделение и амплификация ДНК будут проведены как для нового («свежего») материала, так и для «исторического». Эти методы впервые будут применены для изучения фауны максимальных глубин океана. В результате работы впервые на основе молекулярных данных будут получены филогенетические реконструкции для ряда наиболее глубоководных родов животных, выявлены эволюционные тренды глубоководной родов и наиболее вероятные пути их расселения. Будет определена степень эндемичности ультраабиссальной фауны ККЖ, одной из наиболее богатых видами среди всех желобов, уточнено положение границы между абиссалью и ультраабиссалью в районе ККЖ, впервые будет проведено сравнение ультраабиссальных фаун ККЖ и Алеутского желоба с фаунами близлежащих абиссальных бассейнов, выявлены фаунистические связи этих районов, определены вероятные пути формирования ультраабиссальной фауны желобов северо-западной части Тихого океана. Достижимость получения запланированных результатов обусловлена участием в проекте ведущих специалистов по важнейшим в ультраабиссали группам животных; наличием одной из крупнейших в мире коллекций ультраабиссальной фауны; наличием «свежего» материала для генетических исследований; большим заделом в исследовании фауны глубоководных желобов; использованием современных методов исследования. Помимо фундаментального значения, исследование фауны максимальных глубин океана необходимо для оценки уязвимости изолированных глубоководных экосистем к внешним воздействиям, включая антропогенные, а также для понимания механизмов функционирования экосистем в районах с экстремальными для жизни условиями обитания. Результаты работы будут иметь важное значение для реализации целей и основных направлений действий Российской Федерации в рамках Десятилетия ООН наук об океане.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Аннотация результатов, полученных в 2024 году
Фауна максимальных глубин на примере глубоководных желобов северо-западной части Тихого океана: пути формирования, эволюционные тенденции, границы распространения. Грант РНФ №24-17- 00321 Этот проект направлен на решение фундаментальной проблемы морской биологии и биогеографии - выявление путей формирования и эволюционных тенденций фауны глубоководных желобов. Основные задачи проекта включают выяснение филогенетических связей ключевых ультраабиссальных таксонов, характеристику особенностей распространения ультраабиссальных видов – с определением степени эндемизма фауны отдельных желобов и фаунистических связей между желобами, выявление положения вертикальной границы между абиссальной зоной и ультраабиссальной, уточнение таксономического состава фауны желобов северо-западной части Тихого океана. В эту группу входят желоба Алеутский (7679 м), Курило-Камчатский (ККЖ) (9717 м), Японский (8412 м) и Идзу-Бонинский (9810 м). Задачи проекта решаются на примере двух важнейших в ультраабиссали групп животных – иглокожих и двустворчатых моллюсков. Эти таксоны наиболее богаты по числу видов в абиссали и ультраабиссали, разнообразны в экологическом плане и образуют многочисленные популяции в глубоководных сообществах. Основу материала составляет одна из крупнейших в мире коллекций фауны желобов, хранящаяся в ИО РАН. Помимо фундаментального значения, исследование фауны максимальных глубин океана необходимо для оценки уязвимости изолированных глубоководных экосистем к внешним воздействиям, включая антропогенные, а также для понимания механизмов функционирования экосистем в районах с экстремальными для жизни условиями обитания. Результаты работы также будут иметь важное значение для реализации целей и основных направлений действий Российской Федерации в рамках Десятилетия ООН наук об океане. В 2024 году проведен большой объем молекулярно-генетических исследований на выбранных для проекта таксонах – иглокожих и двустворчатых моллюсках. Для голотурий рода Elpidia – ключевого таксона в фауне ультраабиссали, получены последовательности для участка гена цитохром оксидазы (COI) для 40 экземпляров, относящихся к 19 видам и подвидам. В том числе, получены последовательности для 11 «исторических» видов, собранных в период с 1955 по 1976 на абиссальных и ультраабиссальных глубинах. Также получены последовательности 14 типовых экземпляров, относящихся к 9 видам и подвидам эльпидий. Выполнен молекулярно-филогенетический анализ морских ежей семейства Pourtalesiidae. Филогенетические реконструкции подтверждают монофилию семейства Pourtalesiidae. В то же время род Pourtalesia, вероятно, является парафилетическим. Показано, что виды рода Portalesia из Северо-Западной Пацифики не образуют единую филогенетическую группировку. В частности, вид P. thomsoni входит в состав клады, включающей также восточнопацифический вид P. tanneri и антарктические виды P. hispida и Pourtalesia n. sp. В материале по морским звездам семейства Pterasteridae найдено 17 видов, относящихся к четырем родам: Amembranaster, Benthaster, Hymenaster и Pteraster. Четыре вида Hymenaster являются новыми для науки. Все виды отличаются уникальным сочетанием морфологических признаков. При описании видов были подробно изучены особенности ультраструктуры скелетных элементов. Морфологические различия были также подкреплены предварительными результатами филогенетического анализа последовательностей гена COI. Двустворчатые моллюски. Описаны два новых глубоководных вида из семейства Thyasiridae (Adontorhina inflata Kamenev & Lisitsyna, 2024 и A. diaphana Kamenev & Lisitsyna, 2024). Проведен сравнительный анализ всех северотихоокеанских видов рода Adontorhina; показано, что скульптура личиночной раковины уникальна у каждого вида и является дополнительным и надежным диагностическим признаком. В результате обработки материала германской экспедицией «AleutBio» обнаружены 3 вида рода Axinulus (сем. Thyasiridae), из которых один оказался новым для науки, а два вида (Axinulus krylovae Kamenev, 2023 и Axinulus oliveri Kamenev, 2020) впервые зарегистрированы в восточной Пацифике. С учетом полученных новых данных были проанализированы географическое и вертикальное распределение всех видов рода Axinulus в Мировом океане. Показано, что в отличие от Атлантического океана, где виды этого рода обитают в широком диапазоне глубин (20-4750 м), в Тихом океане виды рода Axinulus обнаружены исключительно в абиссальной и ультраабиссальной зонах (3200-9807 м). На максимальных глубинах Филлипинского, Японского и Курило-Камчатского желобов они формируют плотные поселения и играют большую роль в функционировании донных экосистем, являясь доминирующими видами в донных сообществах макробентоса. На основе морфологических и молекулярных признаков обоснован родовой статус таксона хищных двустворчатых моллюсков Angustebranchia, ранее рассматриваемого как подрод. Род Angustebranchia – эндемик ультраабиссали, диапазон его вертикального распространения составляет 8160-9583 м. В группу эндемиков ультраабиссали, помимо Angustebranchia Ivanova, 1977, входят роды Parayoldiella Filatova, 1971 (Nuculanidae), Ptilomyax Oliver, 2012 (Lasaeidae) и Tartarothyasira Oliver et Chen, 2024 (Thyasiridae).. Составлена база данных по вертикальному распространению абиссальных и ультраабиссальных видов иглокожих и бивальвий в северо-западной Пацифике, а также база данных нахождений трех глубоководных семейств иглокожих (Elpidiidae, Holothuroidea; Pourtalesiidae s.l., Echinoidea и Pterasteridae, Asteroidea) в ультраабиссали Курило-Камчатского желоба и прилегающих районов. Эти данные будут использоваться для исследования географии и вертикальной зональности фауны Северо-Западной Пацифики. Составленные базы данных опубликованы в хранилище данных Mendeley. В 2024 г. при поддержке проекта проведена совместная китайско-российская экспедиция на судне «Tan Suo Yi Hao» (КНР) по исследованию Курило-Камчатского и западной части Алеутского желобов с использованием глубоководного обитаемого аппарата (ГОА) «Fendouzhe». В экспедиции приняли участии три участника проекта (Гебрук А.В., Каменев Г.М. и Минин К.В.). За время этой экспедиции выполнено 31 погружение ГОА в диапазоне глубин 5633-9578 м (18 погружений в Курило-Камчатском желобе, глубины 5961-9578 м; 12 погружений в Алеутском желобе, глубины 5633-6989 м и 1 погружение в районе соединения желобов, глубина 5802 м). Получены разнообразные пробы по группам, представляющим интерес для проекта. Материалы обрабатываются. https://ocean.ru/index.php/vse-novosti/item/3195-zavershilas-kitajsko-rossijskaya-ekspeditsiya-s-uchastiem-sotrudnikov-io-ran Сайт проекта: https://ocean.ru/index.php/scientific-directions/ekologiya-morej-i-okeanov/item/3317-fauna-maksimalnykh-glubin-zhelobov-grant-rnf-24-17-00321

Публикации

1. Пенг С., Ду М., Гебрук А., Лиу Ш., Гао Ж., Глад Р.Н., Жоу П., Ванг Р., Роуден Э., Каменев Г.М., Майорова А., Папино Д., Чен Ш., Гао Ю., Лиу Х., Хе Я., Алалыкина И., Долматов И., Жанг Н., Ли К., Малютина М., Дасгупта Ш., Сауленко А., Шилов В., Лиу Ш., Ксие Т.,Ку Я., Сонг К., Жанг Х., Лиу Х., Жанг В., Хуанг К., Ксю Х., Ху В., Мордухович В., Андрианов А. Flourishing chemosynthetic life at the greatest depths of hadal trenches Nature, 645, 679-685 (год публикации - 2025)
10.1038/s41586-025-09317-z

2. Каменев Г.М., Лисицына К.Н. The genus Adontorhina (Bivalvia: Thyasiridae) from the northern Pacific Ocean: Description of two new species, an expanded description of Adontorhina cyclia S. S. Berry, 1947, and remarks on other species Zoologischer Anzeiger, Zoologischer Anzeiger, 2024, V.311, P. 16–33 (год публикации - 2024)
10.1016/j.jcz.2024.05.005

3. Дильман А., Кременецкая А., Минин К., Миронов А., Рыбакова Е., Гебрук А. Echinoderm occurrences in the deep northwest Pacific Ocean: families Ceratophysidae, Elpidiidae, Pourtalesiidae and Pterasteridae Mendeley Data, Mendeley Data, V1 (год публикации - 2024)
10.17632/bc8ypct8pr.1

4. Миронов А., Дильман А., Каменев Г., Кременецкая А., Миник К., Гебрук А. Species bathymetric ranges in the deep North Pacific (north of 30 N, depths > 4000 m): Echinodermata, Bivalvia. Mendeley Data, Mendeley Data, V1 (год публикации - 2024)
10.17632/7vg8d8xvcm.1

5. Лисицына К.Н., Каменев Г.М. New and rare bivalve species for the fauna of the Kuril Islands (northwestern Pacific Ocean): A study of materials collected over 70 years of expeditions (from 1949 to 2019) Zootaxa, Zootaxa, V. 5523 (2), P. 231–253 (год публикации - 2024)
10.11646/zootaxa.5523.2.6

6. Крылова Е.М. Хемосимбиотрофные двустворчатые моллюски Pliocardiinae (Vesicomyidae): по следам былых ареалов «Морская биология в 21 веке»: тезисы докладов Всероссийской конференции (памяти академика Алексея Викторовича Жирмунского), 25–26 сентября 2025 г., Владивосток, Россия / сост. А.В. Лаврентьева. ̶ Владивосток: ННЦМБ ДВО РАН, 2025. ̶ 321с., «Морская биология в 21 веке»: тезисы докладов Всероссийской конференции (памяти академика Алексея Викторовича Жирмунского), 25–26 сентября 2025 г., Владивосток, Россия , 2025. ̶ 155-156. (год публикации - 2025)

7. Кременецкая А.В., Гебрук А.В. Colonization of Ocean maximum depths: the case of Elpidia (Elpidiidae, Holothuroidea) 2nd International Conference on Biology, Geology and Environment of Hadal Trenches, November 14-16, 2024, China, Hainan, Sanya, 2nd International Conference on Biology, Geology and Environment of Hadal Trenches (год публикации - 2024)

8. Сафонова Л.А. , Кременецкая А.В. , Крылова Е.М. УЛЬТРААБИССАЛЬНЫЕ ХИЩНЫЕ МОЛЛЮСКИ РОДА ANGUSTEBRANCHIA (BIVALVIA: ANOMALODESMATA: LYONSIELLIDAE): МОРФОЛОГИЧЕСКИЕ И МОЛЕКУЛЯРНЫЕ ДАННЫЕ Вторая международная научная конференция «Моллюски: биология, экология, эволюция и формирование малакофаун»: материалы докладов, 17-20 сентября 2024 г. / Архангельск : КИРА, 2024. − 214 с., Вторая международная научная конференция «Моллюски: биология, экология, эволюция и формирование малакофаун»: материалы докладов, 17-20 сентября 2024 г. / Архангельск : КИРА, 2024. − c. 141-144 (год публикации - 2024)

9. Сафонова Л.А., Кременецкая А.В., Крылова Е.М. Ультраабиссальные хищные моллюски рода Angustebranchia (Bivalvia: Anomalodesmata: Verticordioidea: Lyonsiellidae?): морфологические и молекулярные данные МОЛЛЮСКИ: БИОЛОГИЯ, ЭКОЛОГИЯ, ЭВОЛЮЦИЯ И ФОРМИРОВАНИЕ МАЛАКОФАУН (год публикации - 2024)

10. Каменев Г.М., Зигвард Ю.Д. Geographical and vertical distribution of Axinulus (Bivalvia: Thyasiridae): New data on distribution in the North Pacific and description of a new species Progress in Oceanography, 231 (2025) 103408 (год публикации - 2025)
10.1016/j.pocean.2024.103408

11. Сигварт Ю., Чен Ч., Каменев Г.М., Мачадо Ф.М., Швабе Е. Distribution patterns of deep-sea molluscs from the Bering Sea and Aleutian Trench https://doi.org/10.1016/j.pocean.2025.103440, 233, 103440 (год публикации - 2025)
10.1016/j.pocean.2025.103440

12. Гебрук А.В. Жизнь на основе хемосинтеза на дне Курило-Камчатского желоба XXVI Международная Научная конференция (Школа) по морской геологии, 17 - 21 ноября 2025 г., Москва, ИО РАН, Пленарный доклад, XXVI Международная Научная конференция (Школа) по морской геологии, 17 - 21 ноября 2025 г., Москва, ИО РАН (год публикации - 2025)

13. Крылова Е.М. Chemosymbiotic bivalve molluscs Pliocardiinae (Vesicomyidae): traces of past habitats and dynamics of ranges Marine Biology and Biodiversity Science in the 21st Century, Russia-China Bilateral Workshop September 23–24, 2025, Vladivostok, Russia , Marine Biology and Biodiversity Science in the 21st Century, Russia-China Bilateral Workshop September 23–24, 2025, Vladivostok, Russia (год публикации - 2025)

Аннотация результатов, полученных в 2025 году
Проект направлен на решение фундаментальной проблемы морской биологии и биогеографии - выявление путей формирования и эволюционных тенденций фауны глубоководных желобов. Основные задачи проекта включают выяснение филогенетических связей ключевых ультраабиссальных таксонов, характеристику особенностей распространения ультраабиссальных видов – с определением степени эндемизма фауны отдельных желобов и фаунистических связей между желобами, выявление положения вертикальной границы между абиссальной зоной и ультраабиссальной, уточнение таксономического состава фауны желобов северо-западной части Тихого океана. В 2025 году проведен большой объем молекулярно-генетических исследований на выбранных для проекта таксонах – иглокожих и двустворчатых моллюсках. Для голотурий выполнен молекулярно-филогенетический анализ двух датасетов: 1) последовательностей цитохром с оксидазы (COI) для 18 видов и подвидов, полученных в рамках данного проекта и двух видов из базы GenBank и 2) конкатенированных данных последовательностей COI и 16S рРНК (16S) для 16 видов (все полученные в рамках проекта). Результаты анализа обоих датасетов показывают, что клада Elpidia включает 3 монофилетические группы: клада А – арктические виды с различных глубин (от сублиторали до нижней абиссали); клада В1 – виды из батиальных и абиссальных глубин из различных районов Мирового океана и клада В2, содержащая преимущественно ультраабиссальные виды. Реконструкция предкового состояния глубины обитания показывает, что формирование рода могло происходить в батиали, откуда род расселялся как на большие, так и на меньшие глубины. Морские ежи. Создана наиболее полная база данных по распространению морских ежей семейства Pourtalesiidae, включающая 368 нахождений. В базу вошли обширные оригинальные данные на основе коллекции Института океанологии им. П.П. Ширшова РАН и все доступные опубликованные источники (статьи, монографии и открытые базы данных научных коллекций). Проведена реконструкция филогении пурталезиидных ежей на основе набора последовательностей митохондриального гена COI. На филогенетическом древе виды пурталезиид сгруппированы в две клады. Клада “C” объединяет Cystocrepis setigera, два новых вида из Антарктики и потенциально новый вид из района Алеутского жёлоба. Кладу “P” образуют остальные использованные в анализе виды, относящиеся к роду Pourtalesia. Морские звезды. Исследовано филогенетическое положение новых видов Hymenaster из Северо-Западной Пацифики. Подтверждена валидность четырёх новых видов Hymenaster с больших глубин Северо-Западной Пацифики (Hymenaster sp. E “elegans”, Hymenaster sp. R “robustus”, Hymenaster sp. S “spinosus” и Hymenaster sp. V “vitjazi”), выявленных на основании уникальных морфологических признаков. Двустворчатые моллюски. Исследован материал глубоководной германской экспедиции «AleutBio» на НИС «Sonne» (2022 г.) в Алеутской впадине Берингова моря, на океанических склонах восточной части Алеутских островов, склонах и дне Алеутского желоба, а также на океанической абиссальной равнине, прилегающей к желобу. Выявлено 82 морфовида, из которых 41 идентифицирован до видового уровня. Большая часть не определенных видов, вероятно, являются новыми для науки. Из 41 идентифицированного вида, 31 вид (73,8%) также отмечен в северо-западной Пацифике, что указывает на большое сходство видового состава глубоководных фаун северо-западной и северо-восточной частей Тихого океана. Из 82 морфовидов, 36 отмечены в ультраабиссальной зоне (глубина более 6000 м) Алеутского желоба. Видовое богатство фауны двустворчатых моллюсков Алеутского желоба было увеличено в 4 раза. Уточнена схема филогенетических отношений родов хищных двустворчатых моллюсков Angustebranchia и Policordia (надсемейство Verticordioidea), проведена ревизия рода Angustebranchia. Выполнен анализ морфо-функциональных адаптаций рода к хищному образу жизни и приведены данные по распространению группы. Род включает 4 вида, различающиеся формой раковины, степенью выраженности макушек, числом и формой сифональных щупалец. Вертикальное распространение. Выявлены и проанализированы зоны сгущения верхних и нижних пределов распространения видов. В Северной Пацифике (севернее 30° с.ш.) на глубинах более 4000 м отмечено 223 вида двустворчатых моллюсков и иглокожих, включая морфо-виды, обозначенные как spp. Для анализа использованы данные по 164 видам. На графике распределения числа видов по глубине отмечен один четко выраженный пик на глубинах 4500-5500 м и три слабо выраженных пика на глубинах 6000-6500 м, 8000-8500 м и 9500-10000 м. В распределении верхних и нижних пределов распространения видов обнаружены три пика: на глубинах 5000-6000 м, 7000-7500 м и 9500-10000 м. На сайте проекта (ссылка ниже) приведена дополнительная информация об открытии в Курило-Камчатском желобе самых глубоководных в океане сообществ метановых выходов. Участие двух человек в этой работе (Гебрука А.В. и Каменева Г.М.) частично финансировалось проектом РНФ №24-17- 00321. Сайт проекта: https://ocean.ru/index.php/scientific-directions/ekologiya-morej-i-okeanov/item/3317-fauna-maksimalnykh-glubin-zhelobov-grant-rnf-24-17-00321

Публикации