地球上的氧氣是一個謎。直到最近，科學家們還認為它完全是透過光合作用產生的——植物利用陽光將二氧化碳和水轉化為葡萄糖和氧氣。

但今年早些時候，海洋學家發現了一種全新的氧氣來源。在地球海洋深處，他們發現氧氣含量遠高於光合作用本身所能解釋的水平，光合作用通常發生在陽光可以穿透的表面附近。

研究人員的結論是，氧氣一定是在深海本身產生的，可能是海底金屬結核與海水之間發生電化學反應的結果。換句話說，根本沒有陽光。

這是一個令人大開眼界的結果。在地球上，氧氣對生命至關重要，因此它可以在海洋深處的黑暗中產生，這極大地擴展了生命繁衍生息的棲息地。

不僅僅是在地球上。行星地質學家在整個太陽系的衛星上發現了海洋，並發現了似乎是海洋世界的系外行星。這些地方的陽光並不總是充足，尤其是在厚厚的冰殼下。

因此，一個重要的問題是，這種「暗氧」的發現對地球上的生命意味著什麼，以及它是否可能以某種方式讓生命存在於宇宙其他意想不到的地方。

潛水艇生活

現在，佛羅裡達理工學院的 Manasvi Lingam 及其同事對這個問題提供了一些見解。他們提出，暗氧在整個太陽系內外都很常見，而且它有可能在很少或根本沒有陽光的地方支持複雜的類動物生命。

「我們的研究結果表明，以暗氧為燃料的複雜生命似乎能夠棲息在地球上缺乏光合作用的海底環境中，可以想像，它們同樣可以延伸到地外地點，例如具有地下海洋的冰冷世界（例如，土衛二和歐羅巴），這在整個地球上都很常見。

生物學家長期以來一直對氧在細胞功能中的作用進行了分類，特別是在粒線體中，粒線體在細胞中產生能量。幾乎每個細胞都以這種方式處理氧氣，少數不以這種方式處理氧氣的例子是寄生蟲，它們由於其他細胞在其他地方處理氧氣而得以生存。

縱觀歷史，地球上的生命似乎也隨著氧氣水平的變化而繁榮和惡化。例如，演化生物學家認為，大約 5.4 億年前，氧氣水平的增加在寒武紀大爆發中發揮了至關重要的作用，當時生命從單細胞迅速進化為複雜的多細胞生物。

因此，如果氧氣如此重要——而這裡需要注意的是，生命與氧氣之間的因果關係仍然受到生物學家的激烈爭論——那麼暗氧可以支持什麼樣的生命呢？

Lingam 和同事透過研究深海暗氧水平並將其與其他地方類似水平所支持的生命類型進行比較來研究這個問題。這使他們能夠估計它可以支持的生命的規模和複雜性。

他們說：“我們推斷，在暗氧環境中，受內部擴散限制的生物體的最大尺寸可能達到約 0.1-1 毫米。”但能夠向身體周圍泵送氧氣的生物體可能會變得更大，可能達到壘球大小，即 10 公分大小。

他們繼續計算出，地球海洋中產生的暗氧可以支持高達每平方公尺 30 克的生物密度。這與深海調查中實際測量的密度相似。

冥界生物

所有這些都是令人興奮的工作。天體生物學家長期以來一直認為木星的衛星歐羅巴或土星的土衛二上的海洋可以維持生命。但他們也擔心缺乏陽光，尤其是在冰殼下方。

然後還有所謂的冥古宙世界，這是一類新的海洋行星，天文學家在其他恆星周圍發現了初步證據。這些恆星大多是紅矮星，它們的亮度明顯低於太陽。因此，如果這些行星有海洋，光線不太可能穿透地表下幾公尺以上，從而顯著降低光合作用的潛力。

暗氧可以平息這些恐懼。金屬結核可能在我們的太陽系和其他地方很常見。因此與水發生的任何電化學反應也可能很常見。

當然，這些都不構成外星生命或類似生命的證據。但它確實表明，生命可以進化的景觀和海洋景觀的多樣性比我們想像的更加多樣化。

參考：深海居民：暗氧的生物後果： arxiv.org/abs/2408.06841