Valami nagy mennyiségű oxigént pumpál ki a Csendes-óceán fenekén, olyan mélységekben, ahol a napfény teljes hiánya lehetetlenné teszi a fotoszintézist.

A jelenséget egy ősi, szilva nagyságú képződményekkel, úgynevezett polifémes csomókkal borított régióban fedezték fel, amelyek feltehetően a vízmolekulák hasadását elősegítve katalizálhatják az oxigéntermelést. Az eredmények megvannakTermészetföldtudomány 1közzétett.

"A fotoszintézisen kívül más oxigénforrásunk is van a bolygón" - mondja Andrew Sweetman, a tanulmány társszerzője, a Skót Tengertudományi Szövetség tengerfenéki ökológusa (Oban, Egyesült Királyság), bár az oxigéntermelés mögött meghúzódó mechanizmus továbbra is rejtély. Az eredmények az élet kezdetének megértéséhez is hatással lehetnek, valamint a lehetséges hatások megértésére is mélytengeri bányászat a régióban.

A megfigyelés „lenyűgöző” – mondja Donald Canfield, az Odense-i Dél-Dániai Egyetem biogeochimistája. "De elkeserítőnek tartom, mert sok kérdést vet fel, és nem ad túl sok választ."

Sweetman és munkatársai először 2013-ban vettek észre valami ellentmondást a terepmunka során. A kutatók a tengerfenék ökoszisztémáit tanulmányozták. Clarion-Clipperton zóna Hawaii és Mexikó között, amely nagyobb, mint India, és potenciális célpontja a fémben gazdag csomók bányászatának. Az ilyen expedíciók során a csapat kiad egy modult, amely az óceán fenekére süllyed, hogy automatizált kísérleteket hajtson végre. Ott a modul hengeres kamrákat hajt le, hogy lezárja a tengerfenék kis részeit - némi tengervízzel együtt -, és létrehozza "a tengerfenék zárt mikrokozmoszát" - írják a szerzők. A „lander” ezután azt méri, hogyan változik az oxigénkoncentráció a lezárt tengervízben akár több napos periódusokon keresztül.

Oxigénáramok

Anélkül, hogy fotoszintetikus organizmusok bocsátanak ki oxigént a vízbe, és ha bármely más organizmus fogyasztja a gázt, a kamrák oxigénkoncentrációja lassan csökken. Sweetman megfigyelte ezt a déli, a Jeges- és az Indiai-óceán térségében, valamint az Atlanti-óceánon végzett vizsgálatok során. A tengerfenék ökoszisztémái világszerte az áramlatok által a felszínről szállított oxigénnek köszönhetik létezésüket, és gyorsan elpusztulnának, ha elvágnák őket. (Ennek az oxigénnek a nagy része az Atlanti-óceán északi részéből származik, és egy „globális szállítószalag” segítségével a világ mélytengereibe szállítják.)

De a Clarion-Clipperton zónában a műszerek azt mutatták, hogy az elzáró víz oxigénben gazdagabb lett, nem pedig szegényebb. Sweetman először az érzékelő hibájának tulajdonította a mért értékeket. A jelenség azonban újra és újra előfordult a 2021-es és 2022-es expedíciók során, és alternatív technikával végzett mérések is megerősítették. „Hirtelen rájöttem, hogy nyolc éve figyelmen kívül hagytam ezt a potenciálisan csodálatos új folyamatot, amely 4000 méter mélyen az óceán fenekén zajlik” – mondja Sweetman.

Eine detaillierte Ansicht einer Knolle auf einer Petrischale.

A termelt oxigén mennyisége nem kicsi: a kamrákban lévő gáz koncentrációja magasabb, mint az algákban gazdag felszíni vizekben, mondja Sweetman. A Sweetman által vizsgált többi régió egyike sem tartalmazott polifémes csomókat, ami arra utal, hogy ezek a kőzetek fontos szerepet játszanak a "sötét oxigén" előállításában.

Ennek a hipotézisnek az első tesztjeként a csapat reprodukálta azokat a körülményeket, amelyeket a tengerfenéken találtak a hajójuk laboratóriumában. Figyelemmel kísérték a tengerfenékről gyűjtött mintákat - beleértve a polifémes csomókat -, és megállapították, hogy az oxigénkoncentráció legalább átmenetileg megnőtt. "Egy bizonyos pontig elkezdenek oxigént termelni. Aztán leállnak" - mondja Sweetman - feltehetően azért, mert a vízmolekulák hasadását hajtó energia kimerült. Ez felveti a kérdést, honnan származik ez az energia. Ha maguk a gumók akkumulátorként működnének – kémiai reakcióval energiát termelnének –, már rég kimerültek volna.

Elektromos potenciál

De a csomók katalizátorként szolgálhatnak, lehetővé téve a víz felosztását és a molekuláris oxigén képződését. A kutatók feszültséget mértek a gumók felületén, és 0,95 voltos feszültségkülönbséget találtak. Bár ez nem egészen közelíti meg a vízmolekula felosztásához szükséges 1,5 voltot, elvileg magasabb feszültségek generálhatók, hasonlóan ahhoz, ahogyan az akkumulátor feszültsége megduplázható két akkumulátor sorba kapcsolásával, mondja Sweetman.

Franz Geiger társszerző, az illinoisi Evanston-i Northwestern Egyetem vegyésze szerint még mindig nem világos, hogy a reakció molekuláris hidrogént is termel-e – ami egy katalizátornak köszönhetően az ipari elektrolizáló reakciókban történik –, vagy protonokat szabadít fel a vízben, miközben a maradék elektronokat máshová tolja. De a megértésnek végső soron hasznos alkalmazásai lehetnek, mondja. – Talán van egy tervrajz a tengerfenéken, amely segíthet jobb katalizátorok készítésében.

Eva Stüeken, a St Andrews-i Egyetem biogeochimistája szerint az eredmények hatással lehetnek azokra a javaslatokra is, amelyek a naprendszeren kívüli bolygók fényspektrumában a lehetséges élet jeleit keresik. „O jelenléte2"A többi bolygón lévő gázt további óvatossággal kell értelmezni" - mondja.

Sweetman szerint a mélytengeri bányászat megkezdése előtt a kutatóknak fel kell térképezniük azokat a területeket, ahol oxigént termelnek. Ellenkező esetben azok az ökoszisztémák, amelyek ettől az oxigéntől függővé váltak, összeomolhatnak, ha a csomókat eltávolítják. "Ha nagy mennyiségű oxigén termelődik, ez potenciálisan fontos lesz az ott élő állatok számára."