พบ “ออกซิเจนมืด” ใต้ทะเลลึก 4 กม. ท้าทายทฤษฎีกำเนิดชีวิต
พบก้อนแร่ใต้มหาสมุทรลึกสามารถสร้าง “ออกซิเจนมืด” ได้โดยไม่ต้องใช้การสังเคราะห์แสง และการค้นพบนี้อาจทำให้เราต้องถามใหม่เกี่ยวกับต้นกำเนิดของสิ่งมีชีวิต
“ออกซิเจนมืด” นักวิทยาศาสตร์พบสิ่งที่แปลกประหลาดเกินไปจนกว่าจะเชื่อว่าเป็นเรื่องจริง ออกซิเจนถูกผลิตขึ้นใต้มหาสมุทรที่ลึกกว่า 4 กิโลเมตรโดยไร้ซึ่งความเกี่ยวข้องกับชีวิต พลิกความเชื่อที่ว่าออกซิเจนจะถูกสร้างโดยกระบวนการสังเคราะห์แสงของสิ่งมีชีวิตเท่านั้น และนั่นอาจทำให้ต้องคิดกันใหม่ว่า ‘เรา’ มาจากที่ไหนกันแน่
ในปี 2013 แอนดรูว์ สวีทแมน (Andrew Sweetman) นักสมุทรศาสตร์ได้นั่งอยู่บนเรือของเขาที่อยู่ห่างไกลจากชายฝั่งของมหาสมุทรแปซิฟิก และได้สังเกตเห็นความผิดปกติของอุปกรณ์ตรวจวัด การอ่านค่าจากเซนเซอร์แสดงให้เห็นอย่างชัดเจนว่ามีการสร้างออกซิเจนที่ก้นทะเลลึก 4,000 เมตรใต้พื้นผิว
ข้อมูลดังกล่าวทำให้เขาประหลาดใจ เนื่องจากตามความเชื่อปัจจุบัน ออกซิเจนนั้นถูกสร้างโดยกระบวนการสังเคราะห์แสงของสิ่งมีชีวิตซึ่งอาจจะเป็นพืชหรือจุลินทรีย์ก็ได้ แต่ใต้มหาสมุทรที่ลึก 4 กิโลเมตรนั้นแสงไม่สามารถส่องลงไปถึงได้ จึงไม่ใช่เรื่องน่าแปลกใจที่ สวีทแมน คิดว่าอุปกรณ์ของเขาเสีย
“โดยพื้นฐานแล้ว ผมบอกกับนักศึกษาของผมว่าแค่ใส่เซ็นเซอร์กลับเข้าไปในกล่อง แล้วส่งพวกมันกลับไปยังผู้ผลิตเพื่อทดสอบ เพราะดูเหมือนว่าพวกมันจะพัง” สวีทแมน ที่ปัจจุบันเป็นศาสตราจารย์จากสมาคมวิทยาศาสตร์ทางทะเลแห่งสกอตแลนด์ และหัวหน้ากลุ่มนิเวศวิทยาพื้นทะเลและชีวธรณีเคมี กล่าวและว่า “ทุกครั้งที่ผู้ผลิตส่งกลับมาก็มักจะบอกว่า พวกมันทำงานได้ปกติ และถูกปรับเทียบเรียบร้อยแล้ว”
เหตุการณ์ดังกล่าวเกิดขึ้นกว่า 3 ครั้งทำให้ สวีทแมน คิดว่า ‘นี่มันไม่ใช่แล้ว’ มันมีความจริงบางอย่างอยู่ในความผิดปกติที่อุปกรณ์บอกรึเปล่า หรือว่าออกซิเจนจะถูกสร้างโดยไม่ต้องการแสงและสิ่งมีชีวิตใด ๆ เลย? ทีมวิจัยของเขากำลังท้าทายความเชื่อที่อยู่มาอย่างยาวนานนี้ใต้มหาสมุทรลึกเป็นครั้งแรก ซึ่งเผยแพร่ในวารสาร Nature Geoscience เมื่อวันที่ 22 กรกฏาคม 2024 ที่ผ่านมา
“คุณจะต้องระมัดระวังเมื่อเห็นสิ่งที่ขัดกับสิ่งที่ควรจะเป็น” เขากล่าว
พื้นทะเลที่ไร้ซึ่งแสงใด ๆ ส่องผ่าน
ณ ก้นทะเลที่ราบเรียบของเขตที่มีชื่อว่า ‘คลาเรียน-คลิปเปอร์ตัน’ (Clarion Clipperton Zone) หรือ CCZ ในมหาสมุทรแปซิฟก มันเป็นบริเวณที่เต็มไปด้วยสิ่งคล้ายกับก้อนถ่านสีดำ ซึ่งเป็นแหล่งแร่หายากต่าง ๆ ไม่ว่าจะเป็นโคบอลต์ นิกเกิล ทองแดง ลิเธียม หรือแมงกานีส
ก้อนแร่เหล่านี้ก่อตัวขึ้นในช่วงเวลาหลายล้านปีที่แล้วผ่านกระบวนการนทางเคมีที่เกิดจากการตกตะกอนของวัสดุต่าง ๆ ไม่ว่าจะเป็นเศษเปลือกหอย จะงอยหมึกยักษ์ และฟันฉลาม พวกมันมีอยู่มากมายใต้ทะเลลึกอย่างน่าประหลาด และได้รับความสนใจมากขึ้นในปัจจุบัน
เนื่องจากสามารถนำแร่ที่อยู่ในก้อนสีดำเหล่านี้ไปใช่ผลิตแผงโซลาร์เซลล์ แบตเตอรี่รถยนต์ไฟฟ้า และเทคโนโลยีอื่น ๆ อย่างไรก็ตามมันเป็นระบบนิเวศที่ไม่ได้รับการแตะต้องมาอย่างยาวนาน นักวิทยาศาสตร์หลายคนจึงกังวลว่าการทำเหมืองในทะเลลึกอาจสร้างความเสียหายให้กับพื้นที่ที่บริสุทธิฺเช่นนี้ได้อย่างรุนแรง
เพื่อเข้าใจสิ่งที่อยู่ข้างใต้นั้นให้มากขึ้น สวีทแมน และทีมงานของเขาจึงได้ตรวจสอบมันตั้งแต่ปี 2013 ผ่านยานเก็บตัวอย่างขนาดเล็กที่ออกแบบมาเพื่อใช้ใต้ทะเล สิ่งที่เขาคาดหวังว่าจะเกิดขึ้นก็คือระดับออกซิเจนจะลดลงอย่างช้า ๆ ในพื้นที่ที่เริ่มมีสิ่งมีชีวิตน้อยลง
ข้อมูลดังกล่าวจะถูกนำไปสร้างต่อเป็นแผนที่ ‘ปริมาณการใช้ออกซิเจนในชุมชนตะกอน’ ซึ่งให้เห็นภาพใหญ่เกี่ยวกับกิจกรรมของสัตว์และจุลินทรีย์ใต้ทะเล การทำงานเป็นไปได้ด้วยดีจนกระทั่งพบกับเหตุการณ์แปลกประหลาด เครื่องมือระบุว่าออกซิเจนถูกสร้างขึ้น และเมื่อตรวจสอบทุกอย่างแล้ว ศาสตราจารย์สวีทแมน จำเป็นจะต้องจัดการกับสิ่งที่เกิดขึ้น
“เมื่อเราได้รับข้อมูลนี้ครั้งแรก เราคิดว่าเซ็นเซอร์มีข้อผิดพลาด เพราะการศึกษาทุกครั้งที่เคยทำให้ทะเลลึกระบุว่ามีการใช้ออกซิเจนมากกว่ามีการผลิต เราจึงกลับบ้านและปรับเทียบเซ็นเซอร์ใหม่ แต่ตลอดระยะเวลา 10 ปี ค่าออกซิเจนแปลก ๆ เหล่านี้ยังคงปรากฏอยู่เรื่อย ๆ” เขาเล่า
ทีมงานจึงใช้วิธีที่แตกต่างไปจากแบบเดิม ๆ เพื่อยืนยันสิ่งที่เกิดขึ้น ด้วยการนำตัวอย่างตะกอน น้ำทะเล และก้อนโลหะเหล่านี้กลับไปศึกษาที่ห้องทดลอง พวกเขาก็ได้เจอเข้ากับสิ่งที่แปลกใหม่และไม่เคยพบที่ใดมากก่อนซึ่งเรียกมันว่า ‘ออกซิเจนมืด’
‘The Dark Oxygen’
จากการทดลองหลาย ๆ ครั้ง นักวิทยาศาสตร์ได้ค่อย ๆ ตัดกระบวนการทางชีววิทยาออกไป ซึ่งเชื่อกันว่าเป็นต้นกำเนิดของปรากฏการณ์ประหลาดนี้เช่นจากจุลินทรีย์ในก้อนแร่ แต่เมื่อตัดกระบวนการปกติออกไป ทีมวิจัยก็ยังคงตรวจพบการสร้างออกซิเจนอยู่ ดังนั้นมันจึงไม่เกี่ยวกับสิ่งมีชีวิต
‘ดังนั้นมันจะเกิดจากกระบวนการอื่นหรือไม่?’ ศาสตราจารย์สวีทแมน สงสัย เขาคิดไม่ออกอยู่นานจนกระทั่งได้ไปเห็นสารคดีที่เกี่ยวกับการขุดใต้ทะเลลึก “มีคนในนั้นพูดว่า ‘นั่นคือแบตเตอรี่ในก้อนหิน’ ผมดูเรื่องนี้แล้วจู่ ๆ ก็คิดว่ามันจะเป็นเคมีไฟฟ้ารึเปล่า?” เขาเสริม “สิ่งเหล่านี้ที่พวกเขาต้องการขุดเพื่อผลิตแบตเตอรี่ จริง ๆ แล้วพวกมันสามารถเป็นแบตเตอรี่เองได้หรือไม่?”
เพื่อพิสูจน์สมมติฐานดังกล่าว ศาสตราจารย์สวีทแมน ได้เข้าไปพบกับ ฟรานซ์ ไกเกอร์ (Franz Geiger) นักเคมีไฟฟ้าจากมหาวิทยาลัยนอร์ทเวสเทิร์น เพื่อตรวจสอบเพิ่มเติมโดยใช้อุปกรณ์ที่เรียกว่า มัลติมิเตอร์ในการวัดแรงไฟฟ้าขนาดเล็ก และความแปรฝันของแรงดันไฟฟ้า
เครื่องมือแสดงตัวเลข 0.95 โวลต์จากผิวของก้อนแร่ ค่าดังกล่าวยังน้อยกว่า 1.5 ซึ่งเป็นตัวเลขที่จำเป็นในการทำให้เกิดกระบวนการอิเล็กโทรไลซิส (electrolysis) ซึ่งเป็นการแยกน้ำทะเลด้วยไฟฟ้าออกเป็นออกซิเจนและไฮโดรเจน แต่ทั้งคู่เสนอว่าแรงดันไฟฟ้านี้อาจเพิ่มขึ้นหากก้อนแร่อยู่รวมตัวกันเป็นจำนวนมากเช่นใต้พื้นทะเลที่พวกเขาพบ
“ดูเหมือนว่าเราจะค้นพบ ‘จีโอแบตเตอรี่’ ของธรรมชาติ” ไกเกอร์ กล่าว “จีโอแบตเหล่านี้เป็นพื้นฐานสำหรับคำอธิบายที่เป็นไปได้เกี่ยวกับการผลิต ‘ออกซิเจนมืด’ ในมหาสมุทร”
ท้าทายความเชื่อเดิม
การค้นพบเหล่านี้เป็นสิ่งที่เรียกได้ว่าอัศจรรย์และคาดไม่ถึงทางวิทยาศาสตร์ มันมีผลกระทบต่อกระบวนทัศน์ของการหมุนเวียนออกซิเจนในทะเลลึก และแสดงให้เห็นถึงความสำคัญของระบบนิเวศนิเวศดังกล่าว ซึ่งไม่อาจประเมินได้แค่มุมมองของการผลิตแร่โลหะเพียงอย่างเดียว
ตามการสำรวจของกรมธรณีวิทยาของสหรัฐฯ ประมาณการว่ามีก้อนแร่จำนวนมากกว่า 21.1 พันล้านตันอยู่ในเขต CCZ ซึ่งมากกว่าปริมาณสำรองบนโลกทั้งหมดรวมกัน ทำให้หลายบริษัทต้องการเริ่มขุดเหมืองใต้ทะเลเพื่อนำแร่ธาตุเหล่านี้มาใช้
อย่างไรก็ตามนักวิทยาศาสตร์หลายคนรวมถึงประเทศอย่างสหราชอาณาจักรและฝรั่งเศส ได้แสดงความกังวลว่าอาจสร้างผลกระทบต่อความหลากหลายทางชีวภาพ ซึ่งทีมวิจัยนี้ได้เรียกร้องให้มีการเพิ่มการค้นพบนี้เข้าไปร่วมตัดสินใจด้วย
“อย่างไรก็ตาม สิ่งนี้ได้สร้างเครื่องหมายดอกจันสำคัญบนแผนการณ์ของการขุดเหมืองใต้ทะเลลึก” ไกเกอร์ กล่าว “เนื่องจากความหลากหลายของสัตว์ในพื้นมหาสมุทรที่อุดมไปด้วยก้อนแร่หนาแน่นนั้นสูงกว่าในป่าฝนเขตร้อนที่มีความหลากหลายมากที่สุด”
นอกจากนี้ยังสร้างคำถามเกี่ยวกับต้นกำเนิดของชีวิต ซึ่งแนวคิดที่อยู่มาอย่างยาวนานระบุว่าชีวิตนั้นอาจวิวัฒนาการขึ้นมาบนปล่องไฮโดรเทอร์มอลที่อยู่ใต้ทะเลลึกซึ่งปล่อยความร้อนและแร่ธาตุต่าง ๆ จนโมเลกุลเหล่านั้นรวมกันกลายเป็นสิ่งมีชีวิตเล็ก ๆ ขึ้นมา
โดยเฉพาะอย่างยิ่งกับไซยาโนแบคทีเรียซึ่งได้ชื่อว่าเป็นแหล่งผลิตออกซิเจนสำคัญของโลก และมีผลกระทบต่อการวิวัฒนาการของสิ่งมีชีวิตระดับซับซ้อนเมื่อหลายพันล้านปีก่อน ด้วยการใช้การสังเคราะห์แสงอาทิตย์ให้กลายเป็นพลังงาน
แต่การพบว่าตัวโลกเองสามารถสร้างออกซิเจนเองได้นั้นอาจให้มุมมองใหม่ ๆ ถึงการพัฒนาของชีวิต และนั่นอาจรวมถึงต้นกำเนิดของเราในปัจจุบัน
“ตอนนี้เรารู้แล้วว่าใต้ทะเลลึกสร้าง “ออกซิเจนมืด” ซึ่งไม่ต้องการแสงสว่างได้” สวีทแมน กล่าว และว่า “ผมคิดว่าเราจำเป็นต้องทบทวนคำถามเช่น ‘แอโรบิคไลฟ์ (Aerobic Life: สิ่งมีชีวิตที่ใช้ออกซิเจน) เริ่มต้นขึ้นที่ไหน?’”
สืบค้นและเรียบเรียง วิทิต บรมพิชัยชาติกุล
ที่มา
www.nature.com
www.livescience.com
https://edition.cnn.com
www.theguardian.com
www.scientificamerican.com
https://www.sciencealert.com