سلول‌های زیر زمین چگونه بدون نور «اکسیژن تاریک» تولید می‌کنند

راف ابتدا سعی کرد نشان دهد اکسیژن محلول موجود در نمونه‌ها حاصل بی‌دقتی در فرایند نمونه‌برداری است. اگرچه محتوای اکسیژن محلول در بین صدها نمونه ثابت به‌نظر می‌رسید، بنابراین فرضیه آلوده‌شدن نمونه‌ها نمی‌توانست درست باشد. اگر اکسیژن محلول نتیجه‌ی آلوده‌شدن نمونه‌ها نیست، پس از کجا آمده است؟ راف متوجه شد در آستانه کشف مهمی است. بسیاری از نویسندگان همکار او نیز مردد بودند، زیرا این یافته تصور دانشمندان از اکوسیستم‌های زیرسطح زمین را دگرگون می‌کرد.

تولید اکسیژن برای همه

در تئوری اکسیژن محلول در آب‌های زیرزمینی می‌تواند از گیاهان، میکروب‌ها یا از فرایندهای زمین‌شناسی منشا گرفته باشد.

پژوهشگران از طیف‌سنجی جرمی استفاده کردند که می‌تواند جرم ایزوتوپ‌ها را اندازه‌گیری کند. به‌طور معمول، اتم‌های اکسیژن متعلق به منابع زمین‌شناسی سنگین‌تر از اکسیژنی هستند که از منابع زیستی منشا گرفته است. اکسیژن موجود در آب‌های زیرزمینی سبک بود که نشان می‌داد باید از موجود زنده‌ای منشا گرفته باشد. محتمل‌ترین کاندیداها میکروب‌ها بودند.

پژوهشگران ژنوم جامعه میکروبی موجود در نمونه آب‌های زیرزمینی را توالی‌یابی کردند و مسیرهای بیوشیمیایی و واکنش‌هایی را ردیابی کردند که برای تولید اکسیژن وجود داشت. پاسخ‌ها به کشفی اشاره داشت که بیش از یک دهه پیش مارک استروس از دانشگاه کلگری به آن دست پیدا کرده بود.

استروس در اواخر دهه ۲۰۰۰ هنگام کار در آزمایشگاهی در هلند متوجه شد نوعی باکتری مصرف‌کننده متان که اغلب در رسوبات دریاچه‌ها و لجن فاضلاب‌ها یافت می‌شود، روش عجیبی برای زندگی کردن دارد.

باکتری مذکور به‌جای اینکه مانند سایر میکروب‌های هوازی اکسیژن محیط خود را جذب کند، با استفاده از آنزیم‌هایی برای تجزیه نیتریت‌ها (ترکیبات حاوی نیتروژن و دو اتم اکسیژن) اکسیژن خود را تولید می‌کند. این باکتری از اکسیژنی که خودش تولید می‌کند، برای شکستن متان و تولید انرژی استفاده می‌کند. فرایند تجزیه ترکیبات به این شکل گسست ناهمگن (dismutation) نامیده می‌شود.

درحالی‌که قبلا تصور می‌شد تولید اکسیژن به روش گسست ناهمگن در طبیعت نادر باشد، آزمایش‌های اخیر روی جوامع میکروبی مصنوعی نشان داده است اکسیژن تولیدشده طی فرایند گسست ناهمگن می‌تواند از سلول‌ها بیرون بیاید و وارد محیط اطراف شود تا سایر ارگانیسم‌های وابسته به اکسیژن آن را مصرف کنند. راف فکر می‌کند این فرایند همان چیزی است که جوامع میکروبی میکروب‌های هوازی را قادر می‌سازد در آب‌های زیرزمینی و احتمالا در خاک‌های اطراف رشد کنند.

شیمی مورد نیاز برای زندگی در دنیاهای دیگر

یافته راف و همکارانش درک دانشمندان از نحوه تکامل زیست‌کره عظیم زیرزمین و همچنین نقش گسست ناهمگن در چرخه ترکیبات درحال حرکت جهان را افزایش می‌دهد. به‌گفته‌ی راف، این موضوع درک ما از گذشته، حال و آینده حیات زیرزمینی را دگرگون می‌سازد.

درک حیات زیر سطح زمین ازنظر حیات خارج از زمین نیز می‌تواند مهم باشد. به‌عنوان مثال، خاک مریخ حاوی ترکیبات پرکلرات است که برخی از میکروب‌های زمین می‌توانند آن را به کلرید و اکسیژن تبدیل کنند. اروپا (قمر مشتری) اقیانوسی عمیق و یخ‌زده دارد. نور خورشید ممکن است به درون آن نفود نکند، اما در آنجا اکسیژن ممکن است طی فرایند گسست ناهمگن میکروبی تولید شود.

دانشمندان توده‌هایی از بخار آب را مشاهده کرده‌اند که همچون فواره از سطح انسلادوس، قمر زحل خارج می‌شود. این توده‌ها احتمالا از اقیانوس زیرسطحی آن سرچشمه می‌گیرند. شاید موجودات دنیاهای دیگر به کمک فرایند گسست ناهمگن به زندگی ادامه دهند.