Het is een van de eerste dingen die je leert in de natuurkundelessen op de basisschool: de zuurstof die het leven op aarde in stand houdt, wordt geproduceerd door planten en algen tijdens fotosynthese met behulp van een combinatie van koolstofdioxide en zonlicht. Maar de recente ontdekking van wat onderzoekers ‘donkere zuurstof’ noemen, zou conventionele ideeën over hoe het cruciale element kan worden gecreëerd – en wat het zou kunnen betekenen voor de oorsprong van het leven, omver kunnen werpen.
Volgens een studie gepubliceerd in Natuur Geowetenschappen Op 22 juli lijken natuurlijke minerale afzettingen, bekend als polymetallische knobbeltjes, gevonden op de oceaanbodem, in staat om zuurstof te genereren zonder enige lichtbron. Deze knobbeltjes worden tot wel 6.000 meter onder het oppervlak van de oceaan aangetroffen en variëren in grootte van deeltjes tot knobbeltjes zo groot als een menselijke hand. Omdat ze combinaties van kobalt, koper, lithium en mangaan bevatten, worden ze al lang door grote mijnbouwbedrijven gezien als een potentiële onaangeboorde bron van felbegeerde metalen die nodig zijn om batterijen en andere elektronica te maken. Maar hoe lucratief ze ook waren voor industrieel gebruik, ze lijken nu veel belangrijker voor het leven in oceaanecosystemen.
De eerste aanwijzingen dat er iets vreemds aan de hand was in de polymetallische knobbeltjes kwamen meer dan tien jaar geleden in de noordoostelijke Stille Oceaan. Tijdens een bemonsteringsexpeditie in de bergachtige onderzeese berg van het gebied, bekend als de Clarion-Clipperton Zone, merkte Andrew Sweetman van de Scottish Association for Marine Science (SAMS) vreemde metingen op zijn apparatuur op.
“Toen we deze gegevens voor het eerst kregen, dachten we dat de sensoren defect waren, omdat bij elk onderzoek dat ooit in de diepzee is gedaan alleen naar het zuurstofverbruik werd gekeken en niet naar de productie”, zegt Sweetman in een begeleidende verklaring. “We kwamen thuis en herkalibreerden de sensoren, maar in de loop van tien jaar bleven deze vreemde zuurstofmetingen opduiken.” Nadat ze de bevindingen dubbel hadden gecontroleerd met behulp van een andere reeks sensoren, wisten Sweetman en zijn team dat ze ‘iets revolutionairs en ondenkbaars hadden gevonden’.
In 2023 nam Sweetman contact op met elektrochemie-expert Franz Geiger van de Northwestern University over het vreemde bewijsmateriaal en stuurde hem enkele kilo’s polymetallische knobbeltjes. Elektrolyse, het proces waarbij een doelwit in zijn afzonderlijke elementen wordt gesplitst, heeft slechts 1,5 volt nodig om in zeewater te starten – en nadat ze een sensor aan een enkel knooppunt hadden bevestigd, ontdekten Sweetman en Geiger spanningen zo laag als 0,95 volt. Deze kracht nam nog meer toe toen ze de formaties dicht bij elkaar plaatsten, vergelijkbaar met het stapelen van batterijen.
[Related: Newly discovered deep-sea worm moves like a ‘living magic carpet’]
“Het lijkt erop dat we een natuurlijke ‘geobatterij’ hebben ontdekt”, zegt Geiger in een verklaring. “Deze geobatterijen vormen de basis voor een mogelijke verklaring voor de donkere productie van zuurstof in de oceaan.”
Het bestaan en de mogelijke bron van deze donkere zuurstof kan uiteindelijk het verhaal over hoe het leven op aarde is ontstaan op zijn kop zetten. Zoals Sweetman uitlegt, hebben experts lange tijd getheoretiseerd dat het aerobe leven op aarde begon dankzij zuurstof die werd gecreëerd door fotosynthetische organismen zoals vroege planten en algen. Nu ze weten dat zuurstof zelfs in de lichtloze diepten van de oceaan kan worden geproduceerd, moeten deze theorieën wellicht worden bijgewerkt.
“Ik denk dat we terug moeten gaan naar vragen als: waar kan het aerobe leven zijn begonnen?”, zegt Sweetman.
Maar de polymetallische knobbeltjes hebben misschien niet alleen bijgedragen aan het ontstaan van leven op aarde; ze kunnen het ook in de buurt van de oceaanbodem in stand houden. En dit vormt een groot probleem als we ze als een potentiële natuurlijke mijnbouwbron willen beschouwen. Geiger legt maandag in een post uit dat onderzoeken door mariene biologen in 2016 en 2017 van diepzeegebieden die in de jaren tachtig zijn gedolven, totale dode zones aantroffen waar bacteriën niet eens aanwezig waren.
‘Waarom dergelijke ‘dode zones’ tientallen jaren blijven bestaan, is nog steeds onbekend’, zegt Geiger. “Dit zet echter een grote asterisk op de mijnbouwstrategieën op de zeebodem, omdat de diversiteit van de oceaanbodemfauna in knobbelrijke gebieden groter is dan in de meest uiteenlopende tropische regenwouden.”
Helaas betekent al die biodiversiteit in de diepe oceaan misschien weinig voor bedrijven die polymetaalknobbels als potentiële winsten zien. Geiger merkt op dat de gecombineerde massa van alle formaties binnen de straal van 7.000 kilometer die deel uitmaken van de Clarion-Clipperton Zone waarschijnlijk genoeg is om decennialang in de mondiale energiebehoeften te voorzien. Maar zoals talloze voorbeelden al hebben aangetoond, kan de vernietiging van een ogenschijnlijk afgelegen ecosysteem elders dodelijke en gevaarlijke gevolgen hebben.
“We moeten heroverwegen hoe we deze materialen ontginnen, zodat we de zuurstofbron voor het leven in de diepzee niet uitputten”, waarschuwt Geiger.