Википедия

Тёмный кислород

Данная страница не проверялась участниками с соответствующими правами.

Тёмный кислород (англ. dark oxygen) — научный термин для обозначения молекул кислорода, найденных в глубоких слоях океана, куда не проникает свет, тем самым исключая возможность образования в результате фотосинтеза[1][2]. Кислород производится в темноте через различные абиотические и биотические процессы, что потенциально поддерживает аэробный метаболизм в темных бескислородных средах.

Железомарганцевая конкреция
Пласт конкреций на океанском дне у островов Кука

Абиотическое производство

править

Абиотическое производство темного кислорода может происходить через несколько механизмов, включая радиолиз воды в темных геологических экосистемах и окисление поверхностно-связанных радикалов на кремнийсодержащих минералах. Эти процессы также образуют активные формы кислорода (АФК), такие как гидроксильные радикалы (OH•), супероксид (O2•-) и перекись водорода (H2O2), которые могут преобразовываться в O2 и воду биотическим путем через ферменты или абиотически через реакции с двухвалентным железом и другими восстановленными металлами[3][4][5][6][7][8].

Также кислород образуется железомарганцевыми конкрециями на глубине ниже 4000 м путём электролиза[9].

Биотическое производство

править

Биотическое производство темного кислорода осуществляется микроорганизмами посредством различных микробных процессов, включая:

  • Дисмутация хлорита: Этот процесс включает дисмутацию хлорита (ClO2−) с образованием O2и ионов хлорида.[10]
  • Дисмутация оксида азота: Этот процесс включает дисмутацию оксида азота (NO) с образованием O2и газообразного азота (N2) или закиси азота (N2O).[11][12][13]
  • Лизис воды с помощью метанобактинов: Метанобактины могут расщеплять молекулы воды с образованием O2.[14]

Эти процессы позволяют микробным сообществам поддерживать аэробный метаболизм в среде, лишенной кислорода.

История открытия

править

О существовании тёмного кислорода было объявлено 22 июля 2024 года в ислледовании, опубликованом в журнале Nature Geoscience[1]. Эндрю Свитман, профессор Шотландской ассоциации морских наук, изучал зону между островами Кларион и Клиппертон, область между Гавайями и Мексикой, где он и его команда обнаружили это явление[15]. В 2013 году заметив необычные показатели содержания кислорода со дна Тихого океана, Эндрю Свитман подумал, что оборудование сломалось, однако позже производитель оборудования заверил его, что оно работает правильно. В 2021 и 2022 годах Свитман и его команда вернулись в зону между островами Кларион и Клиппертон и ещё раз измерили содержание кислорода в воде[15].

Это открытие ставит под сомнение теорию о том, что весь молекулярный кислород образуется в результате фотосинтеза[9].

Открытие

править

Химическая реакция

править

Описанный возможный процесс получения тёмного кислорода известен как электролиз морской воды. Электрического напряжения всего в 1,5 В достаточно, чтобы начать реакцию разделения водорода и кислорода электролизом. Самая большая величина электрического напряжения, наблюдавшаяся во время экспедиции, составила всего 0,95 В. Рабочая гипотеза заключается в том, что в океанских глубинах морская вода, электролит, и марганец вместе с железом, гальванический элемент, взаимодействуют между собой, работая, как химическая батарея[9][16].

Последствия

править

Возможность получения тёмного кислорода электролизом ставит под сомнение все существующие теории и модели развития биологической жизни на Земле. До сих пор все подобные теории предполагали, что весь кислород был получен растениями и водорослями в результате фотосинтеза[1][17].

Открытие также может иметь важные последствия для поиска жизни на других планетах, вероятно, аналогичный процесс генерации кислорода может происходить и на других океанических мирах, а возможно даже на спутниках планет-гигантов в Солнечной системе, имеющих подповерхностный океаны, таких как Энцелад и Европа, создавая условия для существования аэробной жизни[18][19][20][21].

Примечания

править
  1. ↑ 1 2 3 Dark oxygen made by deep sea 'batteries' (брит. англ.). www.bbc.com. Дата обращения: 31 июля 2024. Архивировано 31 июля 2024 года.
  2. ↑ Gomez, Julia. 'Dark oxygen' discovery: Study finds lumps of metal producing 'dark oxygen' on ocean floor (амер. англ.). USA TODAY. Дата обращения: 31 июля 2024. Архивировано 29 июля 2024 года.
  3. ↑ Das, Soumya (2013). Critical Review of Water Radiolysis Processes, Dissociation Products, and Possible Impacts on the Local Environment: A Geochemist. Australian Journal of Chemistry (англ.). 66 (5): 522. doi:10.1071/CH13012. ISSN 0004-9425.
  4. ↑ He, Hongping; Wu, Xiao; Xian, Haiyang; Zhu, Jianxi; Yang, Yiping; Lv, Ying; Li, Yiliang; Konhauser, Kurt O. (16 ноября 2021). An abiotic source of Archean hydrogen peroxide and oxygen that pre-dates oxygenic photosynthesis. Nature Communications (англ.). 12 (1): 6611. Bibcode:2021NatCo..12.6611H. doi:10.1038/s41467-021-26916-2. ISSN 2041-1723. PMC 8595356. PMID 34785682.
  5. ↑ He, Hongping; Wu, Xiao; Zhu, Jianxi; Lin, Mang; Lv, Ying; Xian, Haiyang; Yang, Yiping; Lin, Xiaoju; Li, Shan; Li, Yiliang; Teng, H. Henry; Thiemens, Mark H. (28 марта 2023). A mineral-based origin of Earth's initial hydrogen peroxide and molecular oxygen. Proceedings of the National Academy of Sciences (англ.). 120 (13): e2221984120. Bibcode:2023PNAS..12021984H. doi:10.1073/pnas.2221984120. ISSN 0027-8424. PMC 10068795. PMID 36940327.
  6. ↑ Stone, Jordan; Edgar, John O.; Gould, Jamie A.; Telling, Jon (8 августа 2022). Tectonically-driven oxidant production in the hot biosphere. Nature Communications (англ.). 13 (1): 4529. Bibcode:2022NatCo..13.4529S. doi:10.1038/s41467-022-32129-y. ISSN 2041-1723. PMC 9360021. PMID 35941147.
  7. ↑ Sutherland, Kevin M.; Hemingway, Jordon D.; Johnston, David T. (May 2022). The influence of reactive oxygen species on "respiration" isotope effects. Geochimica et Cosmochimica Acta (англ.). 324: 86–101. Bibcode:2022GeCoA.324...86S. doi:10.1016/j.gca.2022.02.033.
  8. ↑ Xu, Jie; Sahai, Nita; Eggleston, Carrick M.; Schoonen, Martin A.A. (February 2013). Reactive oxygen species at the oxide/water interface: Formation mechanisms and implications for prebiotic chemistry and the origin of life. Earth and Planetary Science Letters (англ.). 363: 156–167. Bibcode:2013E&PSL.363..156X. doi:10.1016/j.epsl.2012.12.008.
  9. ↑ 1 2 3 Hunt, Katie. Scientists discover ‘dark’ oxygen being produced more than 13,000 feet below the ocean surface (англ.). CNN (22 июля 2024). Дата обращения: 31 июля 2024. Архивировано 29 июля 2024 года.
  10. ↑ Xu, Jianlin; Logan, Bruce E. (August 2003). Measurement of chlorite dismutase activities in perchlorate respiring bacteria. Journal of Microbiological Methods (англ.). 54 (2): 239–247. doi:10.1016/S0167-7012(03)00058-7. PMID 12782379.
  11. ↑ Ettwig, Katharina F.; Speth, Daan R.; Reimann, Joachim; Wu, Ming L.; Jetten, Mike S. M.; Keltjens, Jan T. (2012). Bacterial oxygen production in the dark. Frontiers in Microbiology. 3: 273. doi:10.3389/fmicb.2012.00273. ISSN 1664-302X. PMC 3413370. PMID 22891064.
  12. ↑ Kraft, Beate; Jehmlich, Nico; Larsen, Morten; Bristow, Laura A.; Könneke, Martin; Thamdrup, Bo; Canfield, Donald E. (7 января 2022). Oxygen and nitrogen production by an ammonia-oxidizing archaeon. Science (англ.). 375 (6576): 97–100. Bibcode:2022Sci...375...97K. doi:10.1126/science.abe6733. ISSN 0036-8075. PMID 34990242.
  13. ↑ Murali, Ranjani; Pace, Laura A.; Sanford, Robert A.; Ward, L. M.; Lynes, Mackenzie M.; Hatzenpichler, Roland; Lingappa, Usha F.; Fischer, Woodward W.; Gennis, Robert B.; Hemp, James (25 июня 2024). Diversity and evolution of nitric oxide reduction in bacteria and archaea. Proceedings of the National Academy of Sciences (англ.). 121 (26): e2316422121. Bibcode:2024PNAS..12116422M. doi:10.1073/pnas.2316422121. ISSN 0027-8424. PMC 11214002. PMID 38900790.
  14. ↑ Dershwitz, Philip; Bandow, Nathan L.; Yang, Junwon; Semrau, Jeremy D.; McEllistrem, Marcus T.; Heinze, Rafael A.; Fonseca, Matheus; Ledesma, Joshua C.; Jennett, Jacob R.; DiSpirito, Ana M.; Athwal, Navjot S.; Hargrove, Mark S.; Bobik, Thomas A.; Zischka, Hans; DiSpirito, Alan A. (25 июня 2021). Parales, Rebecca E. (ed.). Oxygen Generation via Water Splitting by a Novel Biogenic Metal Ion-Binding Compound. Applied and Environmental Microbiology (англ.). 87 (14): e0028621. Bibcode:2021ApEnM..87E.286D. doi:10.1128/AEM.00286-21. ISSN 0099-2240. PMC 8231713. PMID 33962982.
  15. ↑ 1 2 Timsit, Annabelle (23 июля 2024). Scientists find 'dark oxygen' being produced from metals on the seafloor. Washington Post (англ.). 0190-8286. Дата обращения: 31 июля 2024.
  16. ↑ Parshall, Allison. Bizarre Mineral Clumps Make ‘Dark Oxygen’ on Deep Seafloor (англ.). Scientific American. Дата обращения: 31 июля 2024. Архивировано 30 июля 2024 года.
  17. ↑ published, Sascha Pare. Discovery of 'dark oxygen' from deep-sea metal lumps could trigger rethink of origins of life (англ.). livescience.com (22 июля 2024). Дата обращения: 31 июля 2024.
  18. ↑ France-Presse, Agence (22 июля 2024). 'Dark oxygen' in depths of Pacific Ocean could force rethink about origins of life. The Guardian (англ.).
  19. ↑ Andrew K. Sweetman and etc. Evidence of dark oxygen production at the abyssal seafloor (англ.) // Nature Geoscience. — 2024. — ISSN 1752-0908. — doi:10.1038/s41561-024-01480-8.
  20. ↑ Геологи обнаружили «темный кислород» на океанском дне. Naked Science (22 июля 2024). Архивировано 28 июля 2024 года.
  21. ↑ На дне Тихого океана нашли производящие кислород загадочные образования. РБК Life (23 июля 2024).
Источник — https://ru.wikipedia.org/w/index.php?title=Тёмный_кислород&oldid=145086951