海底“暗氧”可能改写地球生命的起源

这是小学科学课上最早学到的知识之一——地球上维持生命的氧气是由植物和藻类在光合作用中利用二氧化碳和阳光产生的。但研究人员最近发现的“暗氧”可能颠覆了人们对这种关键元素如何产生的传统观念——以及这对生命起源意味着什么。

根据 7 月 22 日发表在《自然地球科学》杂志上的一项研究，位于海底的天然矿藏——多金属结核似乎能够在没有任何光源的情况下产生氧气。这些结核位于海平面以下 20,000 英尺处，大小从颗粒到人手大小的结核不等。由于它们含有钴、铜、锂和锰的组合，大型矿业公司长期以来一直将其视为生产电池和其他电子产品所需的潜在未开发金属来源。但是，尽管它们在工业用途上可能利润丰厚，但现在它们似乎对海洋生态系统中的生命更为重要。

十多年前，人们首次在太平洋东北部地区发现了多金属结核中发生了一些奇怪的现象。苏格兰海洋科学协会 (SAMS) 的 Andrew Sweetman 在该地区被称为克拉里昂-克利珀顿区的多山海底山脊进行采样考察时，注意到他的设备上出现了奇怪的读数。

“当我们第一次得到这些数据时，我们认为传感器有问题，因为在深海进行的所有研究都只看到氧气被消耗而不是产生，”Sweetman 在一份附带声明中说。“我们会回家重新校准传感器，但 10 年来，这些奇怪的氧气读数一直出现。”在使用不同的传感器阵列仔细检查结果后，Sweetman 和他的团队知道他们“发现了一些开创性的、意想不到的东西。”

2023 年，斯威特曼就这一奇怪证据联系了西北大学电化学专家弗朗茨·盖革，并寄给他几磅多金属结核。电解是将目标分解成独立元素的过程，在海水中只需 1.5 伏电压即可启动——在将传感器连接到单个结核后，斯威特曼和盖革检测到的电压高达 0.95 伏。当他们将这些地层紧密地放在一起时，这种功率甚至会进一步增加，就像堆叠电池一样。

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盖格在一份声明中表示：“看来我们发现了一个天然的‘地电池’。这些地电池是解释海洋暗氧产生的原因的基础。”

这种暗氧的存在和可能的来源最终可能会改写地球上生命起源的故事。正如 Sweetman 解释的那样，专家们长期以来一直认为，地球上的有氧生命起源于早期植物和藻类等光合生物产生的氧气。现在他们知道即使在没有光线的海洋深处也可以产生氧气，这些理论可能需要更新。

斯威特曼说：“我认为我们......需要重新审视这样的问题：有氧生命从何而来？”

但多金属结核可能不仅仅帮助了地球上生命的诞生——它们还可能继续在海底附近维持生命的延续。这给将它们视为潜在的天然采矿资源带来了重大问题。盖格在周一的公告中解释说，海洋生物学家在 2016 年和 2017 年对 20 世纪 80 年代开采的深海区域进行了检查，发现整个死区甚至没有细菌的存在。

“为什么这些‘死亡区’会持续数十年仍不得而知，”盖格说。“然而，这给海底采矿战略打上了重要的警示，因为结核矿丰富地区的海底动物群多样性比最多样化的热带雨林更高。”

不幸的是，所有这些深海生物多样性对于将多金属结核视为潜在利润的公司来说可能意义不大。盖格指出，克拉里昂-克利珀顿区 4,500 英里范围内所有地层的总质量可能足以满足数十年的全球能源需求。但正如无数例子已经表明的那样，一个看似遥远的生态系统的破坏可能会在其他地方引发致命而危险的连锁反应。

盖格警告说：“我们需要重新考虑如何开采这些材料，以免耗尽深海生命的氧气来源。”