Что такое тёмный кислород? Как бактерии в океане создают кислород без света и могут помочь колонизировать Марс
Глубоководные бактерии, обитающие в полной темноте на абиссальных равнинах, оказались способны производить кислород, бросая вызов фундаментальной догме о том, что этот жизненно важный элемент возникает исключительно в результате фотосинтеза. Это открытие, сделанное исследователями из Китайской академии наук, не только переворачивает представление о глобальном кислородном балансе, но и открывает неожиданный путь к терраформированию Марса. Если гипотеза подтвердится, человечество получит в свое распоряжение биологический механизм для создания пригодной для дыхания атмосферы на Красной планете, используя марсианские нитраты.
Не фотосинтезом единым: как микроорганизмы создают «темный кислород»
Долгое время считалось, что фотосинтез, запускаемый солнечным светом в верхних слоях океана, является единственным значимым источником кислорода на Земле. Однако недавние исследования показали, что на дне океана, в зоне вечного мрака, существует альтернативный процесс. Ученые обнаружили, что металлические конкреции — шарообразные скопления марганца, железа, никеля и меди, усеивающие морское дно, — выступают в роли своеобразных фабрик по производству кислорода.
Бактерии-металлурги: механизм необычного синтеза
Ключевую роль в этом процессе играют два вида глубоководных бактерий. В ходе восстановления нитратов (NO3) до аммония они выделяют значительные объемы кислорода. Побочным продуктом этой реакции является выпадение в осадок оксида марганца — основного строительного материала для тех самых металлических конкреций. Таким образом, бактерии не просто генерируют кислород, но и активно участвуют в формировании геологических структур на океаническом дне, создавая замкнутый цикл.
Новая эра в экологии океана и астробиологии
Значение этого открытия выходит далеко за рамки фундаментальной науки. Оно заставляет пересмотреть вклад глубинных экосистем в глобальный кислородный цикл. Возможно, роль фотосинтеза была существенно переоценена, а «темный» кислород играет гораздо более важную роль в поддержании жизни, чем предполагалось ранее. Этот ресурс может быть критически важен для выживания кислородозависимых микроорганизмов и мелких животных, населяющих экстремальные условия абиссальных равнин, где отсутствует не только свет, но и привычные источники энергии.
Наиболее интригующим следствием исследования является его потенциальное применение в космических программах. На поверхности Марса были обнаружены значительные запасы нитратов. Если глубоководные бактерии удастся адаптировать к суровым марсианским условиям — низкому давлению, радиации и экстремальным температурам, — они смогут стать биологическим реактором для производства кислорода. Это открывает прямой и технологически более простой путь к терраформированию, чем создание гигантских механических установок.
Гипотеза китайских ученых пока не получила всеобщего признания. Часть научного сообщества скептически оценивает масштабы явления, полагая, что вклад глубинного кислорода в общий баланс планеты незначителен по сравнению с фотосинтезом. Кроме того, до конца не изучен молекулярный механизм, позволяющий бактериям выделять O₂ в процессе восстановления нитратов. Требуются дополнительные лабораторные эксперименты и полевые исследования, чтобы подтвердить или опровергнуть смелые предположения.
Ранее считалось, что единственным источником кислорода на древней Земле был цианобактериальный фотосинтез, который привел к «Кислородной катастрофе» около 2,4 миллиарда лет назад. Новые данные указывают на то, что «темный» кислород мог существовать и в бескислородной среде ранней Земли, поддерживая локальные очаги жизни задолго до появления фотосинтеза. Если это так, то поиск внеземной жизни, особенно на таких объектах, как спутник Сатурна Энцелад или спутник Юпитера Европа, где под ледяной корой скрываются океаны жидкой воды, должен учитывать возможность существования аналогов подобных бактерий, не зависящих от света звезды.
