Космос на дне океана: феномен «темного кислорода» переписывает законы биологии под давлением 1200 атмосфер

Ученые представили два уникальных глубоководных аппарата, созданных для изучения одного из самых странных и до сих пор плохо объясненных явлений в океане — так называемого «темного кислорода». Речь идет о кислороде на глубинах в полной темноте, без участия солнечного света и фотосинтеза. Новые аппараты рассчитаны на работу в условиях, где давление превышает атмосферное примерно в 1 200 раз, и внешне больше напоминают оборудование для космических миссий, чем классические океанографические приборы.

Само явление темного кислорода впервые привлекло внимание более 10 лет назад. В 2013 году его зафиксировал Эндрю Суитмен, морской эколог и исследователь из Шотландской ассоциации морских наук. Наблюдения проводились в зоне Кларион-Клиппертон в Тихом океане — обширном и труднодоступном районе глубоководного дна, известном скоплениями полиметаллических конкреций. Глубина там достигает примерно 4 000 метров, а солнечный свет туда не проникает вовсе.

Долгое время эти данные оставались предметом споров, но в июле 2024 года интерес к ним вспыхнул с новой силой. Результаты подтвердили, что полиметаллические конкреции способны выступать в роли своеобразных батарей. В лабораторных условиях было доказано, что они могут создавать электрический потенциал, достаточный для разложения морской воды на кислород и водород. Это означает, что источник кислорода в таких условиях может быть не биологическим и не связанным с фотосинтезом.

Новый 3-летний исследовательский проект, инициированный The Nippon Foundation, как раз и нацелен на то, чтобы разобраться, как именно возникает кислород в полной темноте. К работе вновь привлекли Суитмена. Вместе с ним в проекте участвуют геолог Джеффри Марлоу из Бостонского университета, ранее работавший с марсоходами, и химик Франц Гайгер из Северо-Западного университета, специализирующийся на электрохимии.

В центре внимания ученых находятся полиметаллические, или марганцевые, конкреции — образования дна, содержащие никель, кобальт, марганец и другие металлы. Эти элементы представляют интерес не только для промышленности, но и с точки зрения фундаментальной науки. Исследователи надеются, что понимание механизмов образования кислорода поможет объяснить, как животная жизнь смогла распространиться на больших глубинах, где, как считалось раньше, концентрация кислорода должна быть крайне ограниченной.

Для работы в таких условиях команда разработала 2 специализированных глубоководных посадочных аппарата. Они получили имена Алиса и Кайя — в честь дочерей Суитмена. Аппараты предназначены для автономной работы на дне океана и будут проверять сразу несколько гипотез. В частности, ученые хотят выяснить, способны ли конкреции самопроизвольно взаимодействовать с соленой морской водой и создавать электрический ток, или же в процессе задействованы реакции микроорганизмов. Не исключается и возможность существования пока неизвестного механизма.

Позднее в этом году Алису и Кайю планируют погрузить в центральной части зоны Кларион-Клиппертон. Вместе с ними на дне будет работать еще 1 прибор — установка Aquatic Eddy Covariance. Она предназначена для измерения потоков кислорода в придонном слое воды и позволит понять, насколько стабильно и в каких масштабах происходит его образование.

Во время работы аппараты будут забирать пробы воды, фиксировать электрическую активность вблизи конкреций и вводить специальные химические маркеры. Это должно помочь отличить электрохимические процессы от возможных биологических и проследить, при каких условиях возникает кислород.

По словам Суитмена, эти аппараты — единственные в Великобритании, способные работать на таких глубинах. Проект при этом задуман как международный и уже получил поддержку Межправительственной океанографической комиссии ЮНЕСКО в рамках Десятилетия океанологии ООН. Марлоу отмечает, что микробы выработали способы выживания, и ученые рассчитывают увидеть, какую роль они могут играть внутри полиметаллических конкреций.

В лабораторных экспериментах команда уже измеряла заметные электрические напряжения, возникающие при работе с извлеченными со дна конкрециями. Однако до сих пор остается непонятно, как именно формируется этот электрический потенциал и как процесс ведет себя под экстремальным давлением, характерным для абиссального дна.

Признаки темного кислорода уже отмечались в нескольких районах Мирового океана. Именно это делает проект особенно важным. В зависимости от результатов он может повлиять на представления о круговороте кислорода, о границах обитаемости и о том, как вообще устроена жизнь на Земле.