«Батарейки» со дна. В океане нашли источник загадочного «темного кислорода»
Команда учёных из Великобритании, Германии и США, исследуя сообщества глубоководных обитателей в Тихом океане, обнаружила на глубине 4 километров загадочный источник кислорода. Это открытие противоречит имеющимся представлениям о том, как образуется этот газ в природе.
«Этого не должно было произойти!»
Исследование опубликовано в журнале Nature Geoscience. Оно было проведено в зоне Тихого океана, расположенной между Гавайями и Калифорнией. Этот регион, носящий название Кларион-Клиппертон и размером превосходящий Индию, отличается большим биоразнообразием, а его фауна представляет огромный интерес для науки.
Кроме того, он богат залежами кобальта, никеля, меди и марганца. Они рассыпаны по дну океана в виде шаровидных отложений размером с картофелину — так называемых железомарганцевых конкреций. Именно эти «картофелины», по мнению учёных, оказались связаны с производством кислорода, объяснить которое они не в состоянии.
Желая исследовать сообщества организмов, которые обитают на дне, океанологи провели эксперимент. Они опускали туда исследовательский модуль с закреплёнными на нём цилиндрическими камерами. Достигнув дна, эти камеры закрывали небольшие его участки, и в них на некоторое время создавалась изолированная, замкнутая экосистема. В ходе эксперимента учёные замеряли, как на протяжении нескольких дней в морской воде замкнутых камер менялась концентрация кислорода.
Логично было предположить, что эта концентрация будет снижаться: на столь большую глубину не проникает солнечный свет, поэтому фотосинтез там невозможен. Организмы, которым нужен кислород, извлекают его из донных отложений.
Но, к удивлению учёных, изолированная вода стала богаче кислородом, а не беднее. Его концентрация даже превысила ту, которая наблюдаются в поверхностных водах, где много водорослей.
«Этого не должно было произойти в полной темноте, где нет фотосинтеза!» — удивились исследователи.
Кислород назвали «тёмным»
Сначала они решили, что не в порядке датчики, замеряющие содержание газов в воде. Эксперимент повторили в другие годы, и первоначальные результаты подтвердились.
Тогда его организаторы стали менять условия внутри спускаемых на дно камер. Они закачивали туда холодную воду и растворённый аммиак, добавляли мёртвую биомассу водорослей. Во всех случаях была зафиксирована положительная разница между потреблённым и поступившим кислородом — в конце замеров всегда обнаруживался его избыток.
Поскольку отличительной чертой этого района Тихого океана являются железомарганцевые конкреции (те самые «картофелины») на дне, учёным ничего не оставалось, как предположить, что именно они играют важную роль в производстве кислорода. А раз на глубине нет солнечного света и там царит кромешная тьма, этот кислород решили назвать «тёмным».
Естественно, конкреции подняли со дна и обследовали в лаборатории. Оказалось, что они выделяют электричество, которое способно запускать электролиз морской воды — её расщепление на водород и кислород. Эта реакция протекает при напряжении около 1,5 вольт, а оксид марганца, обогащённый другими металлами, может выступать как её катализатор. Таким образом, «картофелина» превращается в «геобатарейку».
Где же зародилась жизнь?
Авторы исследования говорят, что оно имеет очень важные последствия. Во-первых, таким природным «геобатареям» можно найти применение в энергетике. Во-вторых, открытие опровергает устоявшееся мнение, что кислород в естественных условиях может производиться только в результате фотосинтеза.
Новые данные даже могут заставить учёных пересмотреть представления о возникновении жизни на Земле и её эволюции. Считается, что кислород на планете появился около 3 миллиардов лет назад. Он был произведён древними микробами — цианобактериями. Теперь же можно предположить, что у него был другой источник, а первые организмы, его потребляющие, зародились в глубоководных условиях, где нет солнечного света.
Что это значит? А то, что и на других небесных телах, в глубине океанов, может существовать жизнь, обходящаяся без света и питающаяся «тёмным» кислородом. И это придётся учитывать при поиске новых потенциально обитаемых миров.