最近、科学者たちは、太平洋の海底で「ダーク酸素」として知られる謎の酸素源の発見は、海洋生態系と酸素生成のメカニズムについての従来の理解に疑問を投げかける驚くべき科学的発見である。いったい何が起こったのでしょうか？

背景を発見する

この発見は、スコットランド海洋科学協会（SAMS）の海洋生態学者アンドリュー・スウィートマン率いる研究チームによるものだ。

2013年以来、研究チームは太平洋のクラリオン・クリッパートン海域（CCZ）における海底生態系とその酸素消費量に関する一連の研究を実施してきた。 ハワイとメキシコの間に位置する CCZ は、豊富な生物群集と多金属ノジュール資源が存在する広大な海底平原です。

研究プロセス

研究中、研究チームは海底に沈んだ深海着陸船を使用して円筒形の部屋を堆積物に押し込み、海底の狭い領域とその上の一定量の海水を密閉し、「海底」を作り出しました。外界から隔離された「微小環境」。

彼らは、閉鎖環境では微生物が呼吸するにつれて酸素レベルが時間の経過とともにゆっくりと減少すると予想していました。しかし、実際の測定結果は予想外でした。酸素含有量は減少するどころか、ゆっくりと上昇する傾向を示しました。

予備的な推測と検証

この異常現象に直面して、研究チームは当初、センサーの故障ではないかと疑いましたが、複数回の校正と実験の繰り返しを経て、この現象が本物であることを確認しました。その後、研究チームは海底の多金属ノジュール（マンガンノジュールとしても知られる）に焦点を当てました。このノジュールはマンガン、鉄、コバルト、ニッケル、銅などの金属元素を主成分とし、マンガンや鉄の酸化物が主成分となっています。

研究者らは実験室で多金属ノジュールの表面の電位差を測定し、その電位差が 0.95 ボルトにも達する可能性があることを発見しました。これは水分子を分解するのに必要な1.5ボルトより低いが、複数の多金属ノジュールが集まると「カスケード」効果によってより高い電圧が発生し、それによって海水の電気分解プロセスが引き起こされ、水分子が分解されるのではないかと研究チームは推測している。水素と酸素に分解されます。

研究成果と意義

この発見は雑誌「Nature Geoscience」に詳細に報告され、科学界で幅広い注目を集めました。研究者らは、多金属ノジュールが、光のない深海の条件下で継続的に酸素を生成する天然の「地質電池」として機能する可能性があると考えている。この発見は、海洋酸素循環に関する従来の理解に疑問を投げかけるだけでなく、生命の起源の研究に新たな手がかりを提供する可能性があります。

さらに、この発見は深海の採掘活動にも重要な意味を持ちます。 CCZ エリアには豊富な多金属ノジュール資源が含まれており、深海採掘会社にとって重要なターゲットとなっています。しかし、これらのノジュールが除去された場合、それらが生成する酸素に依存している生態系は深刻な影響を受ける可能性があります。したがって、研究者らは、深海採掘を進める前に、この新たな発見が環境に及ぼす潜在的な影響を十分に考慮し、科学的な監督を実施する必要があると強調している。

海洋酸素循環の新たな理解

長い間、海洋中の酸素は主に表層水域での光合成によって生成され、水域の垂直運動によって深海に輸送されると一般的に考えられてきました。しかし、この研究では、深海の光のない条件下では、多金属ノジュール（マンガンノジュール）が非生物的プロセス（海水の電気分解など）を通じて酸素を生成できることがわかり、これは伝統的な海洋酸素循環理論に直接疑問を投げかけるものです。これは、光合成に加えて、深海には他の重要な酸素生成メカニズムがあることを示しています。

この研究はまた、酸素サイクルの複雑さを拡大します。海洋の酸素サイクルは、生物学、化学、物理学などの多くの側面が関与する複雑なプロセスです。この発見は、深海の酸素循環におけるもう一つの重要なつながり、すなわち、酸素生成への非生物的プロセスの寄与を明らかにしました。これは、海洋の酸素サイクルの複雑さと多様性をより包括的に理解するのに役立ち、将来の海洋科学研究により多くの視点とアイデアを提供します。

同時に、生命の起源を解明する新たな手がかりも得られます。生命の起源は科学界の長期的な関心事の一つであり、生命に必要な酸素は主にシアノバクテリアなどの微生物によって光合成によって生成されるというのが伝統的な見解である。しかし、今回の研究では光のない深海でも酸素が生成できることが分かり、生命の起源を考える上で新たな方向性をもたらした。これは、生命が光に満たされた地表水だけではなく、より広範囲の環境条件下で誕生し、発展した可能性があることを示唆しています。これは、生命の起源の理論的枠組みを再検討し、新しい研究の方向性を模索するのに役立ちます。

この研究は深海の生態系評価にも影響を与える。深海の生態系は、地球上で最も神秘的で脆弱な生態系の 1 つです。この発見は、私たちがまだ十分に理解していない酸素生成メカニズムが深海に存在する可能性を示しており、これは深海の生態系の評価と保護にとって非常に重要です。このことは、深海の生態系の健全性と安定性を評価する際には、酸素循環に対する非生物的プロセスの影響を十分に考慮する必要があることを思い出させます。同時に、これは深海の生態系の保護と管理のための新しいアイデアと方法も提供します。

最後に、著者はこの研究が深海の採掘活動にも役立つと信じています。人類が深海資源の開発を続けるにつれ、深海の採掘活動も増加しています。しかし、深海採掘活動が海洋環境に及ぼす影響は完全には理解されていません。この発見は、深海の多金属ノジュールが酸素の生成などの重要な生態系機能を持っている可能性を示唆しています。したがって、深海採掘活動を進める前に、深海の生態系への影響を十分に考慮し、科学的な評価と監督を行う必要があります。これにより、深海採掘活動が持続可能で環境に優しいものとなることが保証されます。