深海暗氧的發現引發了關於外星生命的疑問
波士頓大學的研究人員有了一個驚人的發現：在一個目前正在勘探深海採礦的區域，岩石正在產生「暗氧」。在太平洋海面下超過12,000 英尺的克拉里昂-克利珀頓區（CCZ），數百萬年前的古老岩石覆蓋著海底。雖然這些岩石看似沒有生命，但在其表面的犄角旮旯裡，卻有微小的海洋生物和微生物在此安家落戶，其中許多都能適應黑暗中的生活。
科學家發現克拉里昂-克利珀頓區海底的岩石可以在沒有陽光的情況下產生氧氣，這項發現可能會影響深海生態系統和外星生命的搜尋。資料來源：美國國家海洋暨大氣總署
這些被稱為多金屬結核的深海岩石不僅棲息著數量驚人的海洋生物。包括波士頓大學專家在內的科學家團隊發現，它們還能在海底產生氧氣。
這項發現令人驚訝，因為氧氣通常是由植物和生物在太陽的幫助下產生的，而不是由海底岩石產生的。我們呼吸的氧氣中約有一半是由浮游植物在海洋表面附近製造的，這些植物像陸地上的植物一樣進行光合作用。由於光合作用需要陽光，在沒有光照的海底發現氧氣的產生，顛覆了傳統的觀點。這太出乎意料了，以至於參與研究的科學家起初以為這是一個錯誤。
這項研究發表在《自然-地球科學》（Nature Geoscience）上，作者之一、北京大學藝術與科學學院生物學助理教授 Jeffrey Marlow）說：「這真的很奇怪，因為以前從來沒有人見過它。
太平洋海底的多金屬結核，又稱為錳結核；令人驚訝的新研究表明，深海岩石能夠在沒有植物或太陽幫助的情況下產生氧氣。圖片來源：Wikimedia Commons/Geomar Bilddatenbank/ROV KIEL 6000， GEOMAR
馬洛是研究生活在地球上最極端棲息地–如硬化熔岩和深海熱液噴口–的微生物的專家，他最初懷疑微生物活動可能是製造氧氣的原因。研究小組使用了深海腔室，這些腔室位於海底，將海水、沉積物、多金屬結核和生物體封閉起來。然後，他們測量了艙內氧氣含量在48 小時內的變化。如果有大量生物呼吸氧氣，那麼氧氣含量通常會下降，這取決於艙內有多少動物活動。但在這種情況下，氧氣卻在增加。
馬洛說：”我們做了大量的故障排除工作，發現在最初的測量之後，氧氣含量又增加了許多倍。因此，我們現在確信這是一個真實的信號。”
調查”暗氧”的來源
馬洛和他的同事們當時正在一艘研究船上，負責進一步了解夏威夷和墨西哥之間面積達170 萬平方英里的CCZ 的生態環境，這項環境調查是由金屬公司（The Metals Company）贊助的，該公司是一家深海採礦公司，有意大規模開採岩石中的金屬。馬洛和由蘇格蘭海洋科學協會的安德魯-斯威特曼（Andrew Sweetman）領導的研究小組在船上進行實驗後得出結論：儘管岩石上和岩石內部存在大量不同類型的微生物，但這種現象主要不是微生物活動引起的。
英國大學研究員傑弗裡-馬洛（Jeffrey Marlow）說，新的氧氣發現可能會改變人們對深海–以及其他星球上的生命和棲息地的傳統看法。圖片來源：Cydney Scott
多金屬結核由包括銅、鎳、鈷、鐵和錳在內的稀有金屬組成，這也是公司有興趣開採它們的原因。研究發現，這些密集的金屬很可能引發了”海水電解”。這意味著岩層中的金屬離子分佈不均，造成電荷分離–就像電池內部發生的情況一樣。這種現象產生的能量足以將水分子分裂成氧氣和氫氣。他們將這種現象命名為”暗氧”，因為它是在沒有陽光照射的情況下產生的氧氣。目前尚不清楚的是這種現象發生的確切機制，CCZ 中的氧氣含量是否會發生變化，以及氧氣在維持當地生態系統方面是否發揮重要作用。
對深海採礦和生態系統的影響
金屬公司稱多金屬結核為”岩石中的電池”，並在其網站上稱，開採多金屬結核可以加速向電池驅動的電動汽車過渡，並聲稱最終將不再需要在陸地上採礦。到目前為止，在克拉里昂-克利珀頓區（CCZ）的開採還處於探索階段，但負責管理該區域的聯合國國際海底管理局最快將於明年開始做出開採決定。金屬公司正在與諾魯、東加和吉里巴斯等太平洋國家合作，以獲得採礦許可證，但包括帛琉、斐濟和圖瓦盧在內的許多其他南太平洋國家都強烈支持暫停或中止採礦計畫。綠色和平組織（Greenpeace）和海洋保護組織（Ocean Conservancy）等環保活動團體呼籲永久禁止採礦，反對者擔心採礦會對海底造成不可逆轉的破壞。
同時，科學家們已經開始研究擾動一個基本上未開發的生態系統可能產生的影響。這篇《自然地球科學》（Nature Geoscience ）論文對該地區在開始大規模採礦之前的基線條件提出了見解。
馬洛說：”我們不知道全部的影響，但對我來說，這一發現表明，我們應該深入考慮改變這些系統會對動物群落造成什麼影響，因為所有動物都需要氧氣才能生存。”
天體生物學與尋找地外生命
克拉里昂-克利珀頓區也是研究地球上最小生物的理想環境，例如在沉積物和結核上發現的細菌和古細菌（單細胞生物）。馬洛和他的合著者彼得-施羅德（Peter Schroedl，GRS’25）是北京大學生態學、行為學和演化計畫的博士生，他們尤其專注於利用在CCZ等極端環境中發現的微生物作為模板，在其他行星和衛星上尋找單細胞生命–因為沙漠、火山和海底噴口是我們與火星和土星眾多衛星最相似的地方。這就是所謂的天體生物學，一個試圖透過研究地球系統為尋找外星生命提供資訊的領域。
在馬洛實驗室工作的施羅德說：「在像CCZ這樣的環境中生活，為研究在獨特的進化壓力和限制條件下發展起來的生態系統提供了機會。他說，這些條件–深度、壓力和水生環境–“類似於我們在冰衛星上已經測量到或有望發現的條件。 “
例如，木星的衛星木衛二（Europa）和土星的衛星土衛二（Enceladus）都被冰層覆蓋，陽光無法照射到冰層下的水。馬洛說：「誰知道呢–如果這些類型的岩石在冰層下製造氧氣，那可能會讓一個更有生產力的生物圈存在。如果不需要光合作用來製造氧氣，那麼其他擁有海洋和像這些像結核一樣富含金屬的岩石的行星就可以維持一個比我們過去所認為的更進化的生物圈。
馬洛說，關於暗氧的發現對外星海洋和我們自己的海洋意味著什麼，還有很多問題需要繼續追問。他說：「在大多數情況下，我們認為深海是一個腐爛物質掉落的地方，動物吃掉殘餘物。但這項發現重新調整了這一動態，這有助於我們將深海視為一個生產土地，類似於我們發現的甲烷滲漏和熱液噴口，它們為海洋動物和微生物創造了綠洲。
編譯自/ ScitechDaily