“أكسجين داكن” غامض اكتشف في قاع المحيط يذهل العلماء – ترجمة* محمد جواد آل السيد ناصر الخضراوي

Mysterious ‘Dark Oxygen’ Discovered at Bottom of Ocean Stuns Scientists
(Tessa Koumoundouros – بقلم: تيسا كوموندوروس)

يتحرك بهدوء بعيدًا في الأعماق المظلمة لقاع محيطات الأرض، وهو تفاعل كيميائي تلقائي ينتج الأكسجين الجزيئي بشكل غير ملحوظ، وكل ذلك دون تدخل الحياة. ويقلب هذا الاكتشاف غير المتوقع الإجماع طويل الأمد على أن الكائنات الحية التي تقوم بالتمثيل الضوئي تحتاج إلى إنتاج الأكسجين الذي نحتاجه للتنفس.

وقد توصل عالم الكيمياء الحيوية الحيوية البروفيسور أندرو سويتمان من الجمعية الاسكتلندية للعلوم البحرية (SAMS) وزملاؤه إلى هذا الاكتشاف المفاجئ أثناء قياس مستويات الأكسجين في قاع البحر لتقييم آثار التعدين في أعماق البحار.

ويقول البروفيسور نيكولاس أوينز، عالم البحار في الجمعية الاسكتلندية للعلوم البحرية، والذي لم يشارك في البحث: “إن اكتشاف إنتاج الأكسجين من خلال عملية غير التمثيل الضوئي يتطلب منا إعادة التفكير في كيفية نشأة تطور الحياة المعقدة على الكوكب”. ويضيف: “في رأيي، هذه واحدة من أكثر النتائج إثارة في علوم المحيطات في الآونة الأخيرة”.

وفي وسط المحيط الهادئ، تزين صخور سوداء مستديرة الأرضية [أرضية البحر]. وأظهرت قياسات العلماء أن مستويات الأكسجين هنا، على أعماق أكثر من 4000 متر (13000 قدم)، تستمر في الزيادة ببطء ولكن بثبات.

حقل مكتظ بكثافة من العقيدات والشعاب المرجانية في قاع البحر يجتازها سلطعون. مصدر الصورة: الإدارة الوطنية للمحيطات والغلاف الجوي (NOAA)

“عندما حصلنا على هذه البيانات لأول مرة، اعتقدنا أن أجهزة الاستشعار كانت معيبة، لأن كل دراسة أجريت في أعماق البحار شهدت فقط استهلاك الأكسجين بدلاً من إنتاجه. كنا نعود إلى المنزل ونعيد معايرة أجهزة الاستشعار ولكن على مدار 10 سنوات، استمرت قراءات الأكسجين الغريبة في الظهور”، يوضح البروفيسور سويتمان.

ويتابع: “قررنا أن نتبع طريقة احتياطية تعمل بشكل مختلف عن أجهزة استشعار الأوبتود (Optode Sensors) [أجهزة استشعار بصرية تقيس التغير في اللمعان الضوئي كدالة لتركيز الحليلة] التي كنا نستخدمها، وعندما عادت كلتا الطريقتين بنفس النتيجة، علمنا أننا وصلنا إلى شيء مبتكر وغير مدروس”.

وللتحقق من اللغز، قام الباحثون بجمع بعض الصخور العقيدية، لمعرفة ما إذا كانت هي مصدر إنتاج  هذا “الأكسجين الداكن”، في المختبر.

وتناثر هذه العقيدات يغطي مساحات واسعة من قاع المحيط. وهي رواسب طبيعية من معادن أرضية نادرة مثل الكوبالت والمنغنيز والنيكل، وكلها مختلطة في مزيج متعدد المعادن.

ونحن نقدر هذه المعادن بالضبط لاستخدامها في البطاريات، وتبين أن هذه هي بالضبط الطريقة التي قد تتصرف بها الصخور تلقائيًا في قاع المحيط.

وقد وجد الباحثون أن العقيدات المتعددة المعادن المفردة تنتج جهدًا يصل إلى 0.95 فولت. ولذلك عندما يتم تجميعها معًا، مثل البطاريات في سلسلة، يمكنها بسهولة الوصول إلى جهد 1.5 فولت المطلوب لفصل الأكسجين عن الماء في تفاعل التحليل الكهربائي.

ويقول الكيميائي البروفيسور فرانز غيغر من جامعة نورث وسترن [تقع على ضفاف بحيرة ميتشغان بمدينة ايفانستون في ولاية الينوي]: “يبدو أننا اكتشفنا بطارية جيولوجية طبيعية. هذه البطاريات الجيولوجية هي الأساس لتفسير محتمل لإنتاج الأكسجين الداكن في المحيط”.

وفي حين أنه لا يزال هناك الكثير مما يجب التحقيق فيه، مثل حجم إنتاج الأكسجين بواسطة العقيدات المتعددة المعادن، فإن هذا الاكتشاف يقدم تفسيرًا محتملاً للاستمرار العنيد الغامض لـ “المناطق الميتة” في المحيط بعد عقود من توقف التعدين في أعماق البحار.

ويوضح البروفيسور غيغر: “في عامي 2016 و2017، زار علماء الأحياء البحرية المواقع التي تم تعدينها في الثمانينيات، ووجدوا أنه لم تتعاف حتى البكتيريا في المناطق الملغومة. لكن في المناطق غير الملغومة، ازدهرت الحياة البحرية”.

ويضيف: “لا يزال سبب استمرار هذه ‘المناطق الميتة‘ لعقود من الزمن غير معروف. ومع ذلك، فإن هذا يضع علامة نجمية كبيرة على استراتيجيات التعدين في قاع البحر، حيث أن التنوع الحيواني في قاع المحيط في المناطق الغنية بالعقيدات أعلى منه في الغابات المطيرة الاستوائية الأكثر تنوعًا”.

وبالإضافة إلى هذه الآثار الهائلة على التعدين في أعماق البحار، يثير “الأكسجين الداكن” أيضًا سلسلة من الأسئلة الجديدة حول أصول الحياة التي تتنفس الأكسجين على الأرض.

ويُنسب الفضل إلى البكتيريا الزرقاء الميكروبية القديمة منذ فترة طويلة في توفير الأكسجين اللازم لتطور الحياة المعقدة منذ مليارات السنين، كمنتج نفايات لعملية التمثيل الضوئي يحول ضوء الشمس إلى مصدر للطاقة.

ويقول البروفيسور سويتمان: “نحن نعلم الآن أن هناك أكسجين يتم إنتاجه في أعماق البحار، حيث لا يوجد ضوء”. ويتابع: “لذلك أعتقد أننا بحاجة إلى إعادة النظر في أسئلة مثل: أين يمكن أن تبدأ الحياة الهوائية؟”

وقد نشر هذا البحث في مجلة “علوم جيولوجيا الطبيعة” (Nature Geoscience) [الرابط: Evidence of dark oxygen production at the abyssal seafloor | Nature Geoscience].

*تمت الترجمة بتصرف

المصدر:

https://www.sciencealert.com/mysterious-dark-oxygen-discovered-at-bottom-of-ocean-stuns-scientists

الهوامش:

الأكسجين الجزيئي (O₂) هو جزيء ثنائي الذرة يتكون من ذرتين أكسجين مرتبطتين ببعضهما بواسطة رابطة تساهمية. وهو ضروري للحياة، حيث يتم استخدامه للتنفس من قبل العديد من الكائنات الحية. كما أنه ضروري لاحتراق الوقود الأحفوري. وهو متفاعل كيميائيًا للغاية، ويميل إلى تكوين أكاسيد عن طريق التفاعل مع العناصر والمركبات الأخرى بسهولة تامة. ونعتمد على عملية التمثيل الضوئي للنباتات لتجديد الأكسجين الجزيئي في الغلاف الجوي، وإذا توقفت عملية التمثيل الضوئي، فإن محتوى الأكسجين في الغلاف الجوي سينخفض ​​في النهاية إلى ما يقرب من الصفر. وبما أن الحيوانات (بما في ذلك البشر) تتنفس الأكسجين الجزيئي وتحتاج إليه لعملية التمثيل الغذائي، فهو مهم من الناحية الطبية. ويتم توفيره علاجيًا في العلاج بالأكسجين وغرف الضغط العالي، ويتم تضمينه أيضًا في غاز التنفس لاستكشاف الفضاء والغوص. ويستخدم صناعيا لإزالة شوائب الكبريت والكربون أثناء الصهر. كما يستخدم [كغاز مضغوط] على نطاق واسع في اللحام وقطع المعادن، وكمؤكسد في محركات الصواريخ. وهو مهم أيضًا في تكوين العديد من المواد الأولية الكيميائية، مثل أكسيد الإيثيلين. المصدر: https://energyeducation.ca/encyclopedia/Molecular_oxygen