Відкриття джерела кисню в глибокому морі шокувало морських дослідників і може змусити радикально переглянути кілька наукових напрямів, включаючи пошуки позаземного життя. Цей кисень утворюється не завдяки фотосинтезу, а за допомогою мінералів на океанському дні.
У шкільних підручниках з науки навчають, що ми отримуємо кисень завдяки фотосинтезу рослин, особливо тропічних лісів. Вчені давно знали, що це лише частково правда – рослини дійсно виробляють багато кисню, але так само роблять і фітопланктон в океанах і озерах.
В обох випадках базовий процес той самий – живі організми використовують сонячне світло для перетворення вуглекислого газу та води на необхідні їм молекули, а кисень є побічним продуктом. Наявність цього кисню дозволяє Землі підтримувати життя тварин, включаючи нас самих.
Без світла для фотосинтезу кисень у глибокому океані рідкісний; багато життя залежить від невеликих кількостей, які є. Вважалося, що єдиний кисень, присутній на глибині кількох сотень метрів під поверхнею, є результатом змішування океану, що робило можливість зниження швидкості змішування серйозною загрозою.
Проте, коли професор Ендрю Світман зі Шотландської асоціації морських наук взяв проби з частини зони Кларіон-Кліппертон, глибоководного гірського хребта Тихого океану, він знайшов щось несподіване. Камери, розміщені на морському дні на глибині понад 4000 метрів (13 000 футів), показали зростання рівня кисню протягом кількох днів.
“Коли ми вперше отримали ці дані, ми думали, що датчики несправні, оскільки всі дослідження в глибокому морі завжди показували лише споживання кисню, а не його вироблення,” сказав Світман у заяві. “Ми поверталися додому та калібрували датчики, але протягом десяти років ці дивні показники кисню продовжували з’являтися.” Команда повірила своїм результатам тільки після використання іншого методу виявлення кисню.
Світман і його колеги назвали цей феномен “темним киснем” як через те, що не знали джерела, так і через його утворення у відсутності світла. Значення такого відкриття важко переоцінити.
“Для аеробного життя на планеті мав бути кисень, і ми вважали, що запас кисню Землі почався з фотосинтетичних організмів,” сказав Світман. “Але тепер ми знаємо, що в глибокому морі виробляється кисень, де немає світла. Я думаю, нам потрібно переглянути питання на зразок: Де могло розпочатися аеробне життя?”
Роль, яку цей темний кисень грає в еволюції, може бути найважливішим питанням, яке ставить це відкриття, але більш нагальним завданням було з’ясувати, звідки береться кисень. Не знайшовши біологічного пояснення, команда запідозрила, що відповідальними можуть бути поліметалічні конкреції – відкладення, що складаються з суміші мінералів, які давно приваблюють гірничодобувні компанії.
Після консультації з професором Францем Гайгером з Північно-Західного університету, який раніше демонстрував, що іржа і морська вода можуть виробляти електрику, команда дійшла висновку, що метали на морському дні здійснюють природний електроліз, розщеплюючи воду на кисень і водень.
Конкреції були зібрані та доставлені до лабораторії Гайгера, де було встановлено, що деякі з них виробляли 0,95 вольта електричного заряду. У правильній орієнтації кілька конкрецій можуть об’єднуватися для вироблення вищих напруг, що перевищують приблизно 1,5-вольтовий поріг, необхідний для розщеплення морської води.
“Схоже, ми виявили природну ‘геобатарею’,” сказав Гайгер. “Ці геобатареї є основою можливого пояснення виробництва темного кисню в океані.”
Видалення осадів з поверхонь конкрецій поблизу, коли дослідники торкалися дна, могло спровокувати сплеск активності. Це пояснює, чому рівень кисню швидко зростав, а потім знижувався.
Склад поліметалічних конкрецій варіюється, але ті, що відповідальні за виробництво кисню, можуть бути одними з найцінніших. “Поліметалічні конкреції, що виробляють цей кисень, містять метали, такі як кобальт, нікель, мідь, літій та марганець – усі вони є критично важливими елементами, що використовуються у батареях,” додав Гайгер. Це те місце, де захоплююче наукове відкриття стикається з суворою реальністю.
Видобуток на глибині обговорювався протягом тривалого часу, але зазвичай був надто дорогим для широкого використання. Проте зараз, коли технології знижують витрати, а ціни на багато металів зростають, це очікується змінитися. Команда не знає, які наслідки можуть бути для життя на глибині, якщо це джерело кисню буде видалено, але Гайгер бачить попередження в одному з рідкісних випадків, коли метали були видобуті з морського дна.
“У 2016 і 2017 роках морські біологи відвідали місця, які були видобуті в 1980-х роках, і виявили, що в місцях видобутку навіть бактерії не відновилися,” сказав Гайгер. “Однак у невидобуваних регіонах морське життя процвітало. Чому такі ‘мертві зони’ зберігаються протягом десятиліть, досі невідомо. Проте це ставить великий знак питання на стратегії видобутку морського дна, оскільки фауна океанського дна в районах, багатих на конкреції, є більш різноманітною, ніж у найрізноманітніших тропічних лісах.”