Naukowcy z Uniwersytetu Bostońskiego dokonali zaskakującego odkrycia: skały wytwarzają „ciemny tlen” w regionie, w którym obecnie prowadzone są badania pod kątem wydobycia głębinowego.
Ponad 3000 metrów pod powierzchnią Oceanu Spokojnego, w strefie Clarion-Clipperton (CCZ), dno morskie pokrywają starożytne skały liczące miliony lat. Chociaż skały te mogą wydawać się pozbawione życia, w zakamarkach ich powierzchni zamieszkują maleńkie stworzenia morskie i mikroby, wiele z nich jest wyjątkowych przystosowane do życia w ciemności.
Te głębinowe skały, zwane guzkami polimetalicznymi, są siedliskiem nie tylko zaskakującej liczby stworzeń morskich. Zespół naukowców, w skład którego wchodzą eksperci z Uniwersytetu Bostońskiego, odkrył, że produkują one również tlen na dnie morskim.
Odkrycie jest zaskoczeniem, biorąc pod uwagę, że tlen jest zwykle wytwarzany przez rośliny i organizmy przy pomocy słońca, a nie przez skały na dnie oceanu. Około połowa tlenu, którym oddychamy, wytwarzana jest w pobliżu powierzchni oceanu przez fitoplankton, który przeprowadza fotosyntezę podobnie jak rośliny lądowe. Ponieważ słońce jest potrzebne do przeprowadzenia fotosyntezastwierdzenie, że na dnie morza, gdzie nie ma światła, wytwarza się tlen, wywraca do góry nogami obiegową opinię. Było to tak nieoczekiwane, że naukowcy biorący udział w badaniu początkowo myśleli, że to pomyłka.
Odsłonięcie nowego zjawiska
„To było naprawdę dziwne, ponieważ nikt nigdy wcześniej tego nie widział” – mówi Jeffrey Marlow, adiunkt biologii w BU College of Arts & Sciences i współautor badania, które zostało opublikowane w czasopiśmie Nauka o przyrodzie.
Jako ekspert od drobnoustrojów żyjących w najbardziej ekstremalne siedliska na Ziemi— podobnie jak stwardniała lawa i głębinowe kominy hydrotermalne — Marlow początkowo podejrzewał, że za wytwarzanie tlenu może odpowiadać aktywność drobnoustrojów. Zespół badawczy wykorzystał komory głębinowe, które lądują na dnie morskim i otaczają wodę morską, osady, guzki polimetaliczne i organizmy żywe. Następnie zmierzyli, jak zmieniał się poziom tlenu w komorach w ciągu 48 godzin. Jeśli w komorze jest dużo organizmów oddychających tlenem, jego poziom zwykle spada, w zależności od aktywności zwierząt w komorze. Ale w tym przypadku ilość tlenu wzrosła.
„Rozwiązaliśmy wiele problemów i odkryliśmy, że po wstępnym pomiarze poziom tlenu wzrósł jeszcze wielokrotnie” – mówi Marlow. „Jesteśmy zatem przekonani, że to prawdziwy sygnał”.
Badanie źródła „ciemnego tlenu”
On i jego koledzy znaleźli się na pokładzie statku badawczego, którego zadaniem było lepsze poznanie ekologii CCZ, który obejmuje obszar 1,7 miliona mil kwadratowych między Hawajami a Meksykiem, w celu przeprowadzenia badania środowiskowego sponsorowanego przez The Metals Company, firmę zajmującą się wydobyciem głębinowym, zainteresowaną wydobyciem skały masowo w poszukiwaniu metali. Po przeprowadzeniu eksperymentów na pokładzie statku Marlow i zespół pod przewodnictwem Andrew Sweetmana ze Szkockiego Stowarzyszenia Nauk o Morzu doszli do wniosku, że zjawisko to nie jest spowodowane głównie aktywnością drobnoustrojów, pomimo obfitości wielu różnych typów drobnoustrojów zarówno na powierzchni, jak i wewnątrz niej. skały.
Guzki polimetaliczne powstają z metali rzadkich, m.in. miedzi, niklu, kobaltu, żelaza i manganu, dlatego firmy są zainteresowane ich wydobyciem. Z badania wynika, że te gęsto upakowane metale prawdopodobnie wywołują „elektrolizę wody morskiej”. Oznacza to, że jony metali w warstwach skał są rozmieszczone nierównomiernie, powodując oddzielenie ładunków elektrycznych – zupełnie tak, jak dzieje się wewnątrz baterii. Zjawisko to wytwarza energię wystarczającą do rozbicia cząsteczek wody na tlen i wodór. Nazwali go „ciemnym tlenem”, ponieważ jest to tlen wytwarzany bez światła słonecznego. Niejasny pozostaje dokładny mechanizm tego, jak to się dzieje, jeśli poziomy tlenu różnią się w CCZ i czy tlen odgrywa znaczącą rolę w utrzymaniu lokalnego ekosystemu.
Konsekwencje dla górnictwa głębinowego i ekosystemów
Firma Metals Company nazywa guzki polimetaliczne „bateria w skale”, oraz na swojej stronie internetowej stwierdza, że wydobycie ich mogłoby przyspieszyć przejście na pojazdy elektryczne zasilane akumulatorami, oraz twierdzi, że wydobycie na lądzie ostatecznie nie będzie już konieczne. Na razie wydobycie w CCZ ma charakter odkrywczy, ale zarządzająca tym obszarem Międzynarodowa Agencja Dna Morskiego ONZ może zacząć podejmować decyzje o wydobyciu już w przyszłym roku. The Metals Company współpracuje ze stanami Nauru, Tonga i Kiribati na Pacyfiku, aby uzyskać dostęp do licencji na wydobycie, ale wiele innych krajów na południowym Pacyfiku, w tym Palau, Fidżi i Tuvalu, głośno wyraziło chęć opowiadał się za moratorium lub pauzą do planów górniczych. Grupy działaczy na rzecz ochrony środowiska, takie jak Greenpeace i Ocean Conservancy, wzywają do wprowadzenia stałego zakazu, a przeciwnicy tej operacji obawiają się, że może to spowodować nieodwracalne szkody dla dna morskiego.
W międzyczasie naukowcy rozpoczęli badanie potencjalnych skutków zakłócenia w dużej mierze niezbadanego ekosystemu. Ten Nauka o przyrodzie Artykuł dostarcza wglądu w podstawowe warunki panujące na tym obszarze przed rozpoczęciem wydobycia na dużą skalę.
„Nie znamy pełnych implikacji, ale moim zdaniem to odkrycie sugeruje, że powinniśmy głęboko rozważyć, jaki wpływ zmiana tych systemów miałaby na społeczność zwierząt” – mówi Marlow, ponieważ wszystkie zwierzęta potrzebują tlenu, aby przeżyć.
Astrobiologia i poszukiwanie życia pozaziemskiego
CCZ to także idealne środowisko do badania najmniejszych organizmów planety, takich jak bakterie i archeony (organizmy jednokomórkowe) występujące w osadach i na guzkach. Marlow i jego współautor Peter Schroedl (GRS’25), doktorant w programie ekologii, zachowania i ewolucji BU, szczególnie skupiają się na wykorzystaniu drobnoustrojów występujących w ekstremalnych środowiskach, takich jak CCZ, jako szablonów do znajdowania życia jednokomórkowego na innych planetach i księżyce – ponieważ pustynie, wulkany i kominy na dnie morskim to najbardziej podobne miejsca, w których musimy Mars I Saturnwiele księżyców. Nazywa się to astrobiologią i jest dziedziną, która stara się dostarczać informacji w poszukiwaniu życia pozaziemskiego poprzez badanie układów ziemskich.
„Życie w środowiskach takich jak CCZ daje możliwość badania ekosystemów, które rozwinęły się pod różnymi presjami i ograniczeniami ewolucyjnymi” – mówi Schroedl, który pracuje w laboratorium Marlowa. Warunki te — głębokość, ciśnienie i środowisko wodne — są „analogiczne do warunków, które zmierzyliśmy lub których spodziewamy się odkryć na lodowych księżycach” – mówi.
Na przykład, Jupiterksiężyc, Enceladus i księżyc Saturna, Europysą pokryte warstwami lodu, a do wody uwięzionej pod spodem nie dociera światło słoneczne. „Kto wie, jeśli tego typu skały znajdują się pod lodem wytwarzającym tlen, mogłoby to pozwolić na istnienie bardziej produktywnej biosfery” – mówi Marlow. „Jeśli do wytworzenia tlenu nie jest wymagana fotosynteza, inne planety z oceanami i skałami bogatymi w metale, takimi jak te guzki, mogłyby utrzymać bardziej rozwiniętą biosferę, niż myśleliśmy, że to możliwe w przeszłości”.
Marlow mówi, że istnieje wiele pytań, które należy zadać, dotyczących znaczenia odkrycia ciemnego tlenu dla oceanów pozaziemskich i naszych.
„Przeważnie myślimy o głębinach morskich jako o miejscu, w którym rozkładający się materiał spada, a pozostałości zjadają zwierzęta. Jednak to odkrycie ponownie kalibruje tę dynamikę” – mówi. „Dzięki temu możemy postrzegać głębokie oceany jako miejsce produkcji, podobne do tego, co odkryliśmy w przypadku wycieków metanu i kominów hydrotermalnych, które tworzą oazy dla zwierząt morskich i drobnoustrojów. Myślę, że to zabawne odwrócenie naszego sposobu myślenia o głębinach morskich”.
Odniesienie: „Dowody na produkcję ciemnego tlenu na dnie morskim głębinowym” autorstwa Andrew K. Sweetmana, Alycia J. Smith, Danielle SW de Jonge, Tobias Hahn, Peter Schroedl, Michael Silverstein, Claire Andrade, R. Lawrence Edwards, Alastair JM Lough, Clarewills, William B. Homoky, Andrea Koschinsky, Sebastian Fuchs, Thomas Kuhn, Franz Geiger i Jeffrey J. Marlow, 22 lipca 2024 r., Nauka o przyrodzie.
DOI: 10.1038/s41561-024-01480-8
Na podstawie artykułu pierwotnie opublikowanego przez Uniwersytet Bostoński.
