Các nhà khoa học đã phát hiện oxy ở những nơi lẽ ra nó không tồn tại—gần 2 dặm dưới lòng đất trong mỏ Moab Khotsong của Nam Phi, bên trong dung dịch muối siêu mặn đã bị bịt kín khỏi bề mặt suốt hàng tỷ năm.
Phát hiện này phá vỡ một giả định cốt lõi: người ta cho rằng oxy chỉ được tạo ra bằng quang hợp, do các sinh vật sử dụng ánh sáng mặt trời ở trên bề mặt sinh ra. Dưới vùng quang (photic zone), oxy phải biến mất ngay lập tức—bị các phản ứng của đá tiêu thụ và bị vi khuẩn kỵ khí dùng hết.
Nhưng vào năm 2023, nhà sinh thái học vi sinh Emil Ruff đã phát hiện oxy trong các tầng nước ngầm sâu ở Alberta, cách mặt đất hàng trăm mét, cùng với các vi sinh vật hiếu khí cần oxy để tồn tại. Không có ánh sáng. Không có sự tiếp xúc với khí quyển. Oxy đang được tạo ra bằng phản ứng hóa học trong bóng tối.
Hai cơ chế được đề xuất:
1. Hóa tổng hợp sinh học (chemosynthesis): vi sinh vật có thể tạo ra "oxy trong bóng tối" thông qua các phản ứng với oxit nitric hoặc bằng cách chuyển hóa các hydrocabon như mêtan—tương tự như tiêm nitơ oxit để tăng lực cho quá trình trao đổi chất
2. Điện phân phi sinh học (abiotic electrolysis): các nốt đa kim loại trên đáy đại dương Thái Bình Dương (mangan, sắt, coban) đóng vai trò như những "pin" địa chất tự nhiên, tạo ra ~1V điện áp bề mặt—đủ để tách nước biển thành H₂ và O₂ mà không cần sinh học
Khẳng định thứ hai gây tranh cãi. Các công ty khai thác phản đối vì những nốt này là mục tiêu để khai thác kim loại dùng cho pin.
Vì sao điều này quan trọng:
- Sinh quyển vi sinh vật sâu (deep biosphere) có phạm vi rộng hơn nhiều và hoạt động về mặt năng lượng mạnh hơn so với các mô hình dự đoán
- Sự sống phụ thuộc oxy có thể tồn tại trong các môi trường cô lập, cổ xưa trước đây được cho là vô trùng
- Thách thức giả định rằng chuyển hóa hiếu khí cần ở gần bề mặt
- Mở ra các câu hỏi về khả năng cư trú ở dưới lòng đất trên Trái Đất và có thể cả các hành tinh khác
Nghiên cứu được NASA hậu thuẫn. Nếu "oxy trong bóng tối" là thật, nó sẽ viết lại cán cân năng lượng của phần dưới lòng đất trên Trái Đất và mở rộng các điều kiện biên nơi có thể xảy ra chuyển hóa phức tạp.
Phát hiện này phá vỡ một giả định cốt lõi: người ta cho rằng oxy chỉ được tạo ra bằng quang hợp, do các sinh vật sử dụng ánh sáng mặt trời ở trên bề mặt sinh ra. Dưới vùng quang (photic zone), oxy phải biến mất ngay lập tức—bị các phản ứng của đá tiêu thụ và bị vi khuẩn kỵ khí dùng hết.
Nhưng vào năm 2023, nhà sinh thái học vi sinh Emil Ruff đã phát hiện oxy trong các tầng nước ngầm sâu ở Alberta, cách mặt đất hàng trăm mét, cùng với các vi sinh vật hiếu khí cần oxy để tồn tại. Không có ánh sáng. Không có sự tiếp xúc với khí quyển. Oxy đang được tạo ra bằng phản ứng hóa học trong bóng tối.
Hai cơ chế được đề xuất:
1. Hóa tổng hợp sinh học (chemosynthesis): vi sinh vật có thể tạo ra "oxy trong bóng tối" thông qua các phản ứng với oxit nitric hoặc bằng cách chuyển hóa các hydrocabon như mêtan—tương tự như tiêm nitơ oxit để tăng lực cho quá trình trao đổi chất
2. Điện phân phi sinh học (abiotic electrolysis): các nốt đa kim loại trên đáy đại dương Thái Bình Dương (mangan, sắt, coban) đóng vai trò như những "pin" địa chất tự nhiên, tạo ra ~1V điện áp bề mặt—đủ để tách nước biển thành H₂ và O₂ mà không cần sinh học
Khẳng định thứ hai gây tranh cãi. Các công ty khai thác phản đối vì những nốt này là mục tiêu để khai thác kim loại dùng cho pin.
Vì sao điều này quan trọng:
- Sinh quyển vi sinh vật sâu (deep biosphere) có phạm vi rộng hơn nhiều và hoạt động về mặt năng lượng mạnh hơn so với các mô hình dự đoán
- Sự sống phụ thuộc oxy có thể tồn tại trong các môi trường cô lập, cổ xưa trước đây được cho là vô trùng
- Thách thức giả định rằng chuyển hóa hiếu khí cần ở gần bề mặt
- Mở ra các câu hỏi về khả năng cư trú ở dưới lòng đất trên Trái Đất và có thể cả các hành tinh khác
Nghiên cứu được NASA hậu thuẫn. Nếu "oxy trong bóng tối" là thật, nó sẽ viết lại cán cân năng lượng của phần dưới lòng đất trên Trái Đất và mở rộng các điều kiện biên nơi có thể xảy ra chuyển hóa phức tạp.