اكتشاف علمي”الأكسجين الداكن” الغامض في قاع المحيط يذهل العلماء
مصر:إيهاب محمد زايد
يتحرك بهدوء بعيدًا في الأعماق المظلمة لقاع محيطات الأرض، وهو تفاعل كيميائي تلقائي ينتج الأكسجين بشكل غير ملحوظ، وكل ذلك دون تدخل الحياة.
يقلب هذا الاكتشاف غير المتوقع الإجماع طويل الأمد على أن الكائنات الحية التي تقوم بالتمثيل الضوئي تحتاج إلى إنتاج الأكسجين الذي نحتاجه للتنفس.
توصل عالم الكيمياء الحيوية الحيوية أندرو سويتمان من الجمعية الاسكتلندية للعلوم البحرية (SAMS) وزملاؤه إلى هذا الاكتشاف المفاجئ أثناء قياس مستويات الأكسجين في قاع البحر لتقييم آثار التعدين في أعماق البحار.
يقول نيكولاس أوينز، عالم البحار في SAMS، والذي لم يشارك في البحث: “إن اكتشاف إنتاج الأكسجين من خلال عملية غير التمثيل الضوئي يتطلب منا إعادة التفكير في كيفية نشأة تطور الحياة المعقدة على الكوكب”.
“في رأيي، هذه واحدة من أكثر النتائج إثارة في علوم المحيطات في الآونة الأخيرة.”
في وسط المحيط الهادئ، تزين الأرضية صخور سوداء مستديرة. وأظهرت قياسات العلماء أن مستويات الأكسجين هنا، على أعماق أكثر من 4000 متر (13000 قدم)، تستمر في الزيادة ببطء ولكن بثبات.
“عندما حصلنا على هذه البيانات لأول مرة، اعتقدنا أن أجهزة الاستشعار كانت معيبة، لأن كل دراسة أجريت في أعماق البحار شهدت فقط استهلاك الأكسجين بدلاً من إنتاجه. كنا نعود إلى المنزل ونعيد معايرة أجهزة الاستشعار ولكن على مدار 10 سنوات، يوضح سويتمان: “لقد استمرت قراءات الأكسجين الغريبة في الظهور”.
“لقد قررنا أن نتبع طريقة احتياطية تعمل بشكل مختلف عن أجهزة استشعار الأوبتود التي كنا نستخدمها، وعندما عادت كلتا الطريقتين بنفس النتيجة، علمنا أننا وصلنا إلى شيء مبتكر وغير مدروس.”
وللتحقق من اللغز، قام الباحثون بجمع بعض الصخور العقيدية، لمعرفة ما إذا كانت مصدر إنتاج “الأكسجين الداكن” في المختبر.
تتناثر هذه العقيدات على مساحات واسعة من قاع المحيط. إنها رواسب طبيعية من معادن أرضية نادرة مثل الكوبالت والمنغنيز والنيكل، وكلها مختلطة في مزيج متعدد المعادن.
نحن نقدر هذه المعادن بالضبط لاستخدامها في البطاريات، وتبين أن هذه هي بالضبط الطريقة التي قد تتصرف بها الصخور تلقائيًا في قاع المحيط.
وجد الباحثون أن العقيدات المتعددة المعادن المفردة تنتج جهدًا يصل إلى 0.95 فولت. لذلك عندما يتم تجميعها معًا، مثل البطاريات في سلسلة، يمكنها بسهولة الوصول إلى 1.5 فولت المطلوبة لفصل الأكسجين عن الماء في تفاعل التحليل الكهربائي.
يقول الكيميائي فرانز جيجر من جامعة نورث وسترن: “يبدو أننا اكتشفنا بطارية جغرافية طبيعية”. “هذه البطاريات الجيولوجية هي الأساس لتفسير محتمل لإنتاج الأكسجين الداكن في المحيط.”
يتم فحص الصخور الرطبة ذات اللون الأسود في المختبر
العقيدات المتعددة المعادن من قاع المحيط. (فرانز جيجر / جامعة نورث وسترن)
في حين أنه لا يزال هناك الكثير مما يجب التحقيق فيه، مثل حجم إنتاج الأكسجين بواسطة العقيدات المتعددة المعادن، فإن هذا الاكتشاف يقدم تفسيرًا محتملاً للاستمرار العنيد الغامض لـ “المناطق الميتة” في المحيط بعد عقود من توقف التعدين في أعماق البحار.
يوضح جيجر: “في عامي 2016 و2017، زار علماء الأحياء البحرية المواقع التي تم تعدينها في الثمانينيات، ووجدوا أنه حتى البكتيريا لم تتعاف في المناطق الملغومة. لكن في المناطق غير الملغومة، ازدهرت الحياة البحرية”.
“لا يزال سبب استمرار هذه “المناطق الميتة” لعقود من الزمن غير معروف. ومع ذلك، فإن هذا يضع علامة نجمية كبيرة على استراتيجيات التعدين في قاع البحر، حيث أن التنوع الحيواني في قاع المحيط في المناطق الغنية بالعقيدات أعلى منه في الغابات المطيرة الاستوائية الأكثر تنوعًا.”
بالإضافة إلى هذه الآثار الهائلة على التعدين في أعماق البحار، يثير “الأكسجين الداكن” أيضًا سلسلة من الأسئلة الجديدة حول أصول الحياة التي تتنفس الأكسجين على الأرض.
يُنسب الفضل إلى البكتيريا الزرقاء الميكروبية القديمة منذ فترة طويلة في توفير الأكسجين اللازم لتطور الحياة المعقدة منذ مليارات السنين، كمنتج نفايات لعملية التمثيل الضوئي يحول ضوء الشمس إلى مصدر للطاقة.
يقول سويتمان: “نحن نعلم الآن أن هناك أكسجين يتم إنتاجه في أعماق البحار، حيث لا يوجد ضوء”.
“لذلك أعتقد أننا بحاجة إلى إعادة النظر في أسئلة مثل: أين يمكن أن تبدأ الحياة الهوائية؟”
وقد نشر هذا البحث في مجلة Nature Geoscience.
