Naukowcy z Uniwersytetu Bostońskiego dokonali zaskakującego odkrycia: skały produkują „ciemny tlen” w regionie, który jest obecnie eksplorowany pod kątem górnictwa głębinowego.
Ponad trzy i pół kilometra pod powierzchnią Oceanu Spokojnego, w strefie Clarion–Clipperton (CCZ), która jest obszarem zarządzania środowiskiem Oceanu Spokojnego, administrowanym przez Międzynarodową Organizację Dna Morskiego, dno morskie pokrywają skały liczące miliony lat. Chociaż skały te mogą wydawać się martwe, ich zakamarki są zamieszkiwane przez maleńkie stworzenia morskie i mikroby, z których wiele jest wyjątkowo przystosowanych do życia w ciemności.
Te głębinowe skały, zwane konkrecjami polimetalicznymi, są nie tylko domem dla zaskakująco dużej liczby stworzeń morskich. Zespół naukowców z Uniwersytetu Bostońskiego ustalił, że produkują one również tlen na dnie morskim.
Odkrycie to jest zaskoczeniem, biorąc pod uwagę, że tlen jest zazwyczaj wytwarzany przez rośliny i organizmy przy udziale Słońca – a nie przez skały na dnie oceanu. Około połowa tlenu, którym oddychamy, jest wytwarzana w pobliżu powierzchni oceanu przez fitoplankton przeprowadzający fotosyntezę (tak jak rośliny lądowe). Ponieważ Słońce jest potrzebne do fotosyntezy, odkrycie produkcji tlenu na dnie morza, gdzie nie ma światła, wywraca do góry nogami dotychczasową wiedzę. Było to tak nieoczekiwane, że naukowcy biorący udział w badaniu początkowo pomyśleli, że to pomyłka.
Badacze początkowo podejrzewali, że za wytwarzanie tlenu jest odpowiedzialna aktywność mikrobiologiczna. Aby to zbadać, zespół badawczy wykorzystał komory głębinowe, które są umieszczane na dnie morskim i pobierają próbki wody morskiej, osadów, konkrecji polimetalicznych i organizmów żywych. Następnie naukowcy zmierzyli, jak zmieniały się poziomy tlenu w komorach w ciągu 48 godzin. Jeśli jest tam wiele organizmów oddychających tlenem, to poziomy te normalnie spadałyby – w zależności od tego, jak duża jest aktywność zwierząt w komorze. Ale w tym przypadku poziomu tlenu wzrastał.
Naukowcy odkryli, że skały na dnie morskim CCZ produkują tlen bez światła słonecznego, odkrycie to może mieć wpływ zarówno na ekosystemy głębinowe, jak i na poszukiwania życia pozaziemskiego. Źródło: NOAA
Źródła „ciemnego tlenu”
Jeffrey Marlow i jego współpracownicy byli na pokładzie statku badawczego, którego zadaniem było dowiedzenie się więcej o ekologii CCZ, rozciągającej się na przestrzeni czterech i pół miliona kilometrów kwadratowych między Hawajami a Meksykiem, w ramach badania środowiskowego sponsorowanego przez The Metals Company – firmę zajmującą się wydobyciem głębinowym i zainteresowaną masowym wydobywaniem metali ze skał. Po przeprowadzeniu eksperymentów na pokładzie statku Marlow i zespół badaczy pod przewodnictwem Andrew Sweetmana ze Scottish Association for Marine Science doszli do wniosku, że przyczyną tego zjawiska nie jest aktywność mikrobiologiczna – pomimo obfitości wielu różnych typów mikrobów zarówno na skałach, jak i wewnątrz nich.
Konkrecje polimetaliczne składają się z metali rzadkich, w tym miedzi, niklu, kobaltu, żelaza i manganu – dlatego prywatne firmy są zainteresowane ich wydobyciem. Okazuje się, że te gęsto upakowane metale prawdopodobnie inicjują „elektrolizę wody morskiej”. Oznacza to, że jony metali w warstwach skalnych są nierównomiernie rozmieszczone, co powoduje rozdzielenie ładunków elektrycznych – tak jak dzieje się to wewnątrz baterii. Zjawisko to wytwarza wystarczająco dużo energii, aby rozdzielić cząsteczki wody na tlen i wodór. Nazwali to „ciemnym tlenem”, ponieważ jest to tlen wytwarzany bez światła słonecznego. Niejasny pozostaje dokładny mechanizm, w jaki sposób to się dzieje: czy poziom tlenu zmienia się w CCZ i czy tlen odgrywa znaczącą rolę w podtrzymywaniu lokalnego ekosystemu.
Polimetaliczne konkrecje, zwane również konkrecjami manganowymi, na dnie Oceanu Spokojnego. Zaskakujące nowe badania sugerują, że skały głębinowe są w stanie wytwarzać tlen bez pomocy roślin lub słońca. Źródło: Wikimedia Commons/Geomar Bilddatenbank/ROV KIEL 6000, GEOMAR
Astrobiologia i poszukiwanie życia pozaziemskiego
CCZ jest idealnym środowiskiem do badania najmniejszych organizmów naszej planety, takich jak bakterie i archeony (jednokomórkowe organizmy) występujące w osadach i na konkrecjach. Naukowcy skupiają się na wykorzystaniu mikrobów występujących w ekstremalnych środowiskach, takich jak CCZ, do zrozumienia właściwości możliwego jednokomórkowego życia na innych planetach i księżycach, jako że pustynie, wulkany i otwory wentylacyjne na dnie morza są miejscami najbardziej podobnymi do Marsa i wielu księżyców Saturna.
Życie w środowiskach takich jak CCZ daje możliwość badania ekosystemów, które rozwinęły się pod wpływem odrębnych bodźców i ograniczeń ewolucyjnych – mówi dr Peter Schroedl, członek zespołu. – Te warunki, czyli głębokość, ciśnienie i środowisko wodne, są podobne do warunków, które zmierzyliśmy lub spodziewamy się odkryć na lodowych księżycach.
Na przykład księżyc Jowisza, Europa, i księżyc Saturna, Enceladus, są pokryte warstwami lodu, który blokuje dostęp światła słonecznego do uwięzionej pod nim wody.
Kto wie – jeśli tego typu skały znajdują się pod lodem i wytwarzają tlen, może to umożliwić istnienie bardziej produktywnej biosfery – mówi dr Marlow. – Jeśli do wytwarzania tlenu nie jest potrzebna fotosynteza, to inne planety z oceanami i skałami bogatymi w metale mogłyby utrzymać bardziej rozwiniętą biosferę, niż uważaliśmy za możliwe w przeszłości. Myślimy o głębinach morskich głównie jako o miejscu, w którym rozkładający się materiał spada, a zwierzęta zjadają resztki. Jednak to odkrycie nam to postrzegać głębiny morskie jako miejsce produkcji, podobne do tego, co odkryliśmy w przypadku wycieków metanu i otworów hydrotermalnych, które tworzą oazy dla zwierząt morskich i mikrobów.
Pięć zdjęć księżyca Saturna, Enceladusa, w świetle podczerwonym. Pod jego lodową skorupą znajduje się ocean, który wydostaje się w przestrzeń kosmiczną przez pęknięcia na biegunie południowym księżyca (oznaczone na czerwono w prawym dolnym rogu obrazu). NASA/JPL-Caltech/University of Arizona/LPG/CNRS/University of Nantes/Space Science Institute
Więcej informacji: publikacja „Evidence of dark oxygen production at the abyssal seafloor” autorstwa Andrew K. Sweetmana i innych, „Nature Geoscience” (2024). DOI: 10.1038/s41561-024-01480-8
Opracowanie: Joanna Molenda-Żakowicz
Źrodło ilustracji: Zoran Borojevic/Unsplash.
