深海“暗氧”发现，或将改写地球生命起源认知

这种地层可以在海面下20，000英尺深处找到。图片/维基共享

作者：段跃初
在我们的认知中，地球维持生命的氧气是由植物和藻类通过光合作用，利用二氧化碳和阳光的结合产生的。然而，最近一项惊人的发现可能会颠覆这一传统观念。

2024 年 7 月 22 日，一项发表在《自然地球科学》的研究揭示了被研究人员称为“暗氧”的神秘现象。长久以来，这是我们在小学科学课上学到的基本知识——植物和藻类的光合作用产生氧气，为地球生命提供了至关重要的气体。但如今，这个新发现让我们对氧气的产生来源有了全新的认识。

十多年前，在太平洋的东北部地区，苏格兰海洋科学协会（SAMS）的安德鲁·斯威特曼在被称为克拉里昂 - 克利珀顿区的多山海底洋脊进行取样考察时，首次发现了一些奇怪的迹象。他的设备上出现了奇怪的读数，当时他们甚至以为是传感器出了问题，因为以往在深海中的研究都表明氧气是被消耗而非产生。但是，在接下来的 10 年时间里，这些奇怪的氧气读数不断出现。

2023 年，斯威特曼就这些奇怪的证据联系了西北大学电化学专家弗朗茨·盖格，并给他寄去了数磅多金属结核。经过实验，他们发现电解过程在海水中只需要 1.5 伏的电压就能启动。当他们将传感器连接到单个结核后，检测到了高达 0.95 伏的电压。当把结核排列靠得很近时，电压力量增加得更多，就像堆叠电池一样。由此，他们发现了一个天然的“地质电池”。

原来，这些被称为多金属结核的天然矿藏位于海底，它们能够在没有任何光源的情况下产生氧气。这些结核可在海洋表面以下 20,000 英尺深处找到，大小从颗粒到人手大小的结核不等。因为它们含有钴、铜、锂和锰的混合物，长期以来，大型矿业公司一直将其视为潜在的未开发资源，垂涎着这些金属用以生产电池和其他电子产品。

这种“暗氧”的存在和可能的来源，最终可能会改写生命如何起源于地球的叙述。一直以来，专家们都认为地球的有氧生命始于早期植物和藻类等光合生物产生的氧气。但现在，我们知道了氧气甚至可以在没有光线的海洋深处产生，那么关于生命起源的理论可能就需要更新了。正如斯威特曼所说：“我认为我们……需要重新审视这样的问题：有氧生命可能从哪里开始？”

在西北大学化学家弗朗茨·盖格的实验室里，从海底采集的多金属结核被放置在模拟海水中。鸣谢:弗朗兹·盖格/西北大学

然而，多金属结核的作用可能不仅局限于帮助我们了解地球生命的起源，它们对于维持海底附近的生命也有着重要意义。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检查时发现，那里完全没有细菌存在。盖格解释说：“为什么这样的‘死区’持续了几十年仍然是未知的。”不过，需要注意的是，富结核区的海底动物多样性高于最多样化的热带雨林，这些多金属结核如果被大规模开采，可能会对海底生态系统造成严重破坏。

盖格指出，组成克拉里昂 - 克利珀顿区的 4500 英里范围内所有地层的总质量，可能足以满足全球几十年的能源需求。但是，无数的例子已经表明，一个看似遥远的生态系统的毁灭，可能会在其他地方引发致命而危险的连锁反应。

“我们需要重新思考如何开采这些材料，这样我们就不会耗尽深海生物的氧气来源。”盖格的警告发人深省。在追求能源和资源的过程中，我们如何平衡经济利益与生态保护，如何确保我们的行为不会对地球上脆弱的生态系统造成不可逆转的破坏，这是摆在全人类面前的重大课题。

对于深海“暗氧”的发现，我们还有许多问题需要深入研究。比如，这种“地质电池”产生氧气的具体机制是什么？“暗氧”的产生量在全球范围内对氧气总量的贡献有多大？以及如何在保护深海生态系统的前提下，合理地研究和利用多金属结核等等。这些问题的答案，将不仅有助于我们更深入地了解地球生命的奥秘，也将为我们未来的资源开发和生态保护提供重要的科学依据。

总之，深海“暗氧”的发现为我们打开了一扇新的科学大门，也让我们更加深刻地认识到地球生态系统的复杂性和神秘性。在探索未知的道路上，我们需要保持敬畏之心，以科学的态度和方法，去寻找人与自然和谐共生的平衡点。