Неожиданность: загадочный «темный кислород», обнаруженный в морских глубинах, открывает вопросы о происхождении жизни

МАДРИД - На глубине более 4 000 метров в северо-восточной части Тихого океана, в зоне Кларион-Клиппертон, может находиться крупнейшая шахта на планете. Вам придется спуститься туда, но вам даже не придется копать или бурить: на площади более миллиона квадратных километров разбросано огромное количество горных пород и камней, состоящих из разного количества марганца, никеля, меди, кобальта... Это полиметаллические конкреции, которые для многих станут основой следующей технологической революции. Для других, особенно среди научного сообщества и защитников окружающей среды, их эксплуатация приведет к катастрофе. Теперь группа ученых обнаружила, что эти конгломераты вырабатывают кислород там, где его быть не должно: «темный кислород». Открытие еще одного способа получения основного элемента для дыхания живых существ поднимает новые вопросы о влиянии подводной добычи, а также о происхождении жизни на Земле: «Около 2,4 миллиарда лет назад произошло так называемое Великое окисление, в результате которого в атмосфере Земли скопилось большое количество кислорода (O₂). Это привело к последующему большому взрыву жизни. Вначале это была серия цианобактерий, которые развили способность использовать солнечный свет (фотосинтез) для запуска химической реакции, отходы которой, кислород, они выбрасывали в атмосферу. Существует несколько других способов получения кислорода. Так происходит при электролизе воды, когда жидкость с помощью электрического тока расщепляется на две составляющие - водород и кислород. Этот процесс, открытый человеком всего 200 лет назад, мог происходить на дне моря с незапамятных времен: «Во время операции по изучению одной из концессий на добычу полезных ископаемых, предоставленных Международным органом по морскому дну, группа ученых обнаружила аномально высокий уровень кислорода, который не мог быть получен от организмов, живущих на такой глубине. «Когда мы впервые получили эти данные, мы подумали, что датчики неисправны, потому что во всех глубоководных исследованиях наблюдалось только потребление кислорода, а не его производство», - говорит профессор Шотландской ассоциации морских наук Эндрю Свитмен. Вернувшись в свою лабораторию, они откалибровали оборудование, «но в течение десяти лет эти странные показания кислорода продолжали появляться». «Далее Свитману и его команде предстояло определить происхождение этого кислорода, обнаруженного „впервые на абиссальном морском дне“. «Давно существует мнение, что кислородом глубоководные слои моря насыщаются за счет глубинных водных масс, которые когда-то контактировали с атмосферой, - объясняет ученый в своем электронном письме. Туда не попадает солнечный свет, поэтому основной механизм генерации кислорода отсутствует». Они не знают, какой процент кислорода поступает благодаря новому механизму, но ученый осмеливается отметить, что «объем производства за 24 часа почти в три раза превысил уровень O₂, наблюдаемый в самой насыщенной кислородом морской воде в наших океанах». Должно было происходить что-то еще, и ответ на этот вопрос Свитман с коллегами подробно описали в научном журнале Nature Geoscience: «Мы думаем, что электрохимический процесс может обеспечивать часть наблюдаемого нами производства кислорода, - говорит Свитман. Внизу происходит множество химических реакций между металлами в конкрециях, которые несут относительно высокий электрический заряд, и соленой морской водой. Другими словами, электричество, вырабатываемое конкрециями, будет расщеплять воду на две части. «Однако нам необходимо провести дополнительные исследования, чтобы понять, откуда берется энергия и что окисляется и восстанавливается в ходе электрохимической реакции», - говорит ученый. Для подтверждения своей идеи они обратились в лабораторию химика Франца Гейгера из Северо-Западного университета (США). В 2019 году команда Гейгера продемонстрировала, как при пропускании соленой воды над окисленной металлической фольгой возникает электрический ток. Исследователей интересовало, вырабатывают ли полиметаллические конкреции Кларион-Клиппертона достаточно электричества для производства кислорода. То есть, если он запустит процесс электролиза, в ходе которого электроны отбираются от каждого атома кислорода, содержащегося в соленой воде. Для запуска реакции достаточно напряжения в 1,5 вольта - таково напряжение обычной маленькой батарейки AA. Команда протестировала несколько конкреций и зафиксировала показания до 0,95 вольта на поверхности, что означает, что более высокое напряжение может быть получено, когда эти конкреции сгруппированы вместе. «Похоже, мы обнаружили природную геобатарею», - говорит Гейгер. «Такие геобатареи могли бы стать основой для возможного объяснения производства темного кислорода в океане», - добавляет он. Ученый признает, что им не удалось продемонстрировать электролиз in situ, но они обнаружили в своей лаборатории напряжение, достаточное для его запуска. «Это открытие имеет значение на нескольких уровнях. Первое, самое непосредственное, заключается в том, что планы по добыче полиметаллических конкреций в этом регионе придется рассматривать в новом свете. Дело не только в том, что при добыче осадочные породы и все живое в них или на них подвергнется необратимым изменениям. Необходимо будет определить роль этого темного кислорода в абиссальных экосистемах. По словам Гейгера, общей массы полиметаллических конкреций только в зоне Кларион-Клиппертон хватило бы для удовлетворения мирового спроса на энергию в течение десятилетий. Но он тут же вспоминает, что произошло после первых горных работ в конце прошлого века: «В 2016 и 2017 годах морские биологи посетили места, которые были заминированы в 1980-х годах, и обнаружили, что даже бактерии в этих районах не восстановились. Однако в не заминированных районах морская жизнь расцвела». Почему эти мертвые зоны сохраняются спустя десятилетия, пока неизвестно, но, возможно, это как-то связано с разрушением цикла темного кислорода. «Забегая далеко вперед, его коллега Свитман связывает свое открытие со взрывом жизни после Великого окисления: „Очевидно, нам нужно изучить механизмы дальше, определить источники энергии, понять долговечность темного кислорода, каталитическую стабильность, электрохимические условия на поверхности открытых и погребенных конкреций...“, - осторожно говорит он. Он добавляет: «Наши исследования показывают, что могут существовать и другие механизмы производства O₂, и если они функционировали до усиления фотосинтеза, то могли обеспечивать кислород, необходимый хемосинтезирующим организмам для синтеза биомассы». И он заключает: «Если этот процесс происходит на нашей планете, то он может способствовать возникновению кислородных сред обитания на других океанических мирах, таких как Энцелад и Европа (спутники Сатурна и Юпитера), и обеспечить возможность существования там жизни?» «By Miguel Ángel Criado»©EL PAÍS, SL»