地球的氧气一直是个谜。直到最近，科学家们还认为氧气完全由光合作用产生——即植物利用阳光将二氧化碳和水转化为葡萄糖和氧气。
但就在今年早些时候，海洋学家发现了一个全新的氧气来源。在地球深海中，他们发现的氧气含量远高于仅凭光合作用可以解释的水平，而光合作用通常发生在阳光可以穿透的近地表区域。
研究人员得出结论，氧气必须在深海本身产生，可能是由于海底金属结核和海水之间的电化学反应。换句话说，完全不需要阳光。
这是一个令人大开眼界的结果。在地球上，氧气对生命至关重要，因此氧气可以在我们海洋深处的黑暗中产生，这极大地扩展了生命可以茁壮成长的栖息地。
不仅限于地球。行星地质学家在太阳系各处的卫星上发现了海洋，并发现了似乎是海洋世界的系外行星。在这些地方，阳光并不总是充足的，特别是在厚厚的冰壳之下。
因此，一个重要的问题是，这种“暗氧”的发现对地球上的生命意味着什么，以及它是否能以某种方式使生命存在于宇宙中其他意想不到的地方。
海底生命
现在，佛罗里达理工学院的Manasvi Lingam及其同事对此问题提供了一些见解。他们提出，暗氧在太阳系及其他地区非常普遍，并且有可能在其他几乎没有阳光的地方支持复杂的类动物生命。
他们说：“我们的研究结果表明，由暗氧驱动的复杂生命可能能够栖息在地球上没有光合作用的海底环境中，同样也能延伸到地外地点，例如拥有地下海洋的冰冷世界（例如，土卫二和欧罗巴），这些地方在宇宙中很普遍。”
生物学家长期以来一直记录氧气在细胞功能中的作用，特别是在产生细胞能量的线粒体中。几乎每个细胞都以这种方式处理氧气，而少数不这样做的例子是寄生虫，它们之所以能生存，是因为其他细胞在其他地方处理了氧气。
地球上的生命似乎也随着历史上氧气含量的变化而繁荣和衰退。例如，进化生物学家认为，大约5.4亿年前氧气含量的增加在寒武纪大爆发中起到了至关重要的作用，当时生命迅速从单细胞进化为复杂的多细胞生物。
所以，如果氧气如此重要——这里一个重要的注意事项是，生命和氧气之间的因果关系仍是生物学家们激烈争论的问题——那么暗氧可以支持什么样的生命呢？
Lingam等人通过研究深海中的暗氧含量，并将其与其他地方类似水平的生命支持情况进行比较，来研究这个问题。这使他们能够估计它可以支持的生命的大小和复杂性。
他们说：“我们推断，在暗氧环境中，受内部扩散限制的生物体可能达到约0.1-1毫米的最大尺寸。”但能够将氧气泵送到全身的生物体可能会变得大得多，可能达到垒球大小，即10厘米。
他们接着计算出，地球海洋中产生的暗氧可以支持高达每平方米30克的生物密度。这与在深海调查中实际测量的密度相似。
冥古界生物
这一切都是令人兴奋的工作。天体生物学家长期以来一直设想，木星的卫星欧罗巴或土星的土卫二上的海洋可能支持生命。但他们也担心缺乏阳光，尤其是在冰层之下。
还有所谓的冥古界世界，这是一类新的海洋行星，天文学家在其他恒星周围发现了初步证据。这些恒星大多数是红矮星，它们的亮度远低于我们的太阳。因此，如果这些行星有海洋，光线可能只会穿透地表几米，大大降低了光合作用的可能性。
暗氧可以缓解这些担忧。金属结核在我们的太阳系和其他地方很可能很普遍。因此，与水的任何电化学反应也很可能普遍存在。
当然，所有这些都不能构成外星生命存在的证据，甚至接近于此。但它确实表明，生命可以进化的景观（和海洋景观）的多样性比我们想象的要丰富得多。
参考：深海居民：暗氧的生物学后果：arxiv.org/abs/2408.06841
