Mangaanknollen op de diepzeebodem, die onder andere een resem zeldzame metalen bevatten, produceren zuurstof. Dat heeft een Schots team van onderzoekers ontdekt. Het is een wetenschappelijke aardverschuiving, want tot nu toe werd gedacht dat enkel planten en algen zuurstof produceren. En het werpt een nieuw licht op enkele fundamentele vragen over het leven op onze planeet: "Dit zou weleens de kern kunnen zijn waarrond alle leven ontstaan is".
Mangaanknollen op zeebodem produceren zuurstof: ontdekking kan kennis over ontstaan van het leven op zijn kop zetten
Vincent Merckx
Gepubliceerd:
"Ik was stomverbaasd. Wat zeggen die mensen, dacht ik." Weinigen in ons land weten meer over de diepzee dan Jan Mees, Algemeen Directeur van het Vlaams Instituut voor de Zee (VLIZ). Toch duurde het even voor hij goed begreep wat hij net gelezen had.
Mangaanknollen op de diepzeebodem blijken immers zuurstof te produceren. Dat heeft een internationaal team van wetenschappers bekend gemaakt in het wetenschappelijk tijdschrift Nature Geoscience . Dat druist in tegen wat de wetenschap tot nu toe aannam: dat enkel planten en algen zuurstof kunnen produceren door fotosynthese.
Maar na 10 jaar onderzoek twijfelen de wetenschappers er niet meer aan. Ze namen op 16 verschillende momenten stalen van de diepzeebodem op 4 kilometer diepte en het ijskoude zeewater er vlak boven. Ze voerden de metingen uit in de zogenaamde Clarion–Clipperton Zone, een onderzees bergachtig gebied midden in de Stille Oceaan.
Normaal zou je verwachten dat het zuurstofgehalte in zo'n staal afneemt naarmate de tijd verstrijkt. Maar hier gebeurde het omgekeerde: telkens opnieuw bleek het zuurstofgehalte toe te nemen.
Dit is een van de meest opwindende ontdekkingen in marien onderzoek in recente tijden
Nicolas Owens, directeur van de Schotse Vereniging voor Marien Onderzoek
"Eerst dachten we dat er iets niet klopte met de sensoren", herinnert de teamleider zich, professor Andrew Sweetman van de Schotse Vereniging voor Marien Onderzoek (SAMS). "10 jaar lang stelden we de sensoren bij elke terugkeer opnieuw in. Maar die vreemde zuurstofwaarden bleven maar opduiken."
"Dus beslisten we om ook een back-upmethode te gebruiken die op een andere manier werkt. Toen beide methodes hetzelfde resultaat opleverden, wisten we dat we iets grensverleggends en ongezien op het spoor waren."
Batterijen
De vraag bleef: waar kwam die zuurstof vandaan? Het team sloot een resem mogelijke opties uit. De zogenaamde bentische kamer waarmee het staal genomen werd, is luchtdicht, dus de zuurstof kon niet van buitenaf komen. Ze voegden ook de kwikverbinding HgCl₂ toe om uit te sluiten dat ze bepaalde organische processen over het hoofd hadden gezien. Dat gif doodt alle mogelijke leven in het staal. Toch bleven de zuurstofwaarden stijgen.
Uiteindelijk bleef er slechts één optie over. De zuurstof wordt geproduceerd door mangaanknollen. Dat zijn truffelachtige stenen die verspreid liggen over de zeebodem. Hoe meer knollen, hoe hoger de zuurstofwaarden, zo blijkt.
Die mangaanknollen bevatten zeldzame metalen zoals nikkel, koper en kobalt. Die kunnen van pas komen om batterijen te produceren, bijvoorbeeld voor elektrische wagens. Heel wat bedrijven, waaronder het Belgische DEME, willen daarom aan diepzeemijnbouw doen, waarbij ze de knollen op grote schaal naar boven halen.
Maar, zo bleek uit het onderzoek: die mangaanknollen staan onder elektrische spanning. Bij sommige loopt die op tot net geen 1 volt - ter vergelijking: een AA-batterij haalt 1,5 volt. Enkele mangaanknollen volstaan al om een proces van elektrolyse op te starten in het diepzeewater. Daarbij wordt het water opgesplitst in waterstof en zuurstof.
De onderzoekers dopen die zuurstof nu "donkere zuurstof". Anders dan bij zuurstof die aangemaakt wordt door planten, komt er immers geen zonlicht aan te pas.
Volgens de directeur van het Schotse SAMS, Nicolas Owens, gaat het om "een van de meest opwindende ontdekkingen in marien onderzoek in recente tijden".
Motor van leven
Dat klinkt misschien als een wetenschapper die de resultaten van zijn onderzoek wat wil hypen. Maar Jan Mees van het VLIZ, die zelf niet betrokken was bij het onderzoek, beaamt dat. "Dit is een spectaculaire paradigmaverschuiving, en misschien wel de ontdekking van het jaar", zegt hij.
Zuurstof is immers de motor van al het complexe, meercellige leven op aarde. Tot nu toe werd aangenomen dat er pas zuurstof in de atmosfeer én de oceaan belandde nadat er eenvoudige organismen aan fotosynthese begonnen te doen. Die zuurstof hoopte zich over zeer lange tijd op in de atmosfeer en de oceaan, tot het de concentraties van vandaag de dag bereikte en er voldoende was om complex leven te doen ontstaan.
We moeten opletten dat we de zuurstofbron van het diepzeeleven niet uitputten
Franz Geiger, professor Chemie en co-auteur van het onderzoek
"Maar die theorie moeten we nu herbekijken. Als blijkt dat de mangaanknollen op de diepzeebodem een soort van batterijen zijn, dan kan daar al veel langer zuurstof aanwezig geweest zijn. En dan kan dat de kern zijn waarrond alle leven ontstaan is", legt Mees uit.
Nog volgens Mees toont de studie aan hoe weinig we nog maar weten over de meest fundamentele processen die zich afspelen in de diepzee. "Het is nog altijd erg moeilijk om die te bereiken en te bestuderen. Alles wat we er vinden, is spectaculair. Je kan je niet voorstellen wat er nog op ons ligt te wachten."
"Wachten met diepzeemijnbouw"
Daarom wachten we volgens Mees best nog even met diepzeemijnbouw, en met mangaanknollen weghalen van de zeebodem. "Tot nu toe werd de impact vaak weggerelativeerd. Het is maar een klein gebied, redeneerde men dan. Maar nu ontdekken we daar processen waar we erg goed over moeten nadenken. Wat zijn de gevolgen voor het fysisch functioneren van de oceaan als we daar aan mijnbouw doen? Dat zijn processen waar je niet aan wil morrelen voor je goed weet wat er gaande is."
Dat vindt ook Jana Asselman, professor in de "blauwe" Biotechnologie aan de Universiteit Gent. "We moeten eraf blijven. Ook vanuit economisch perspectief trouwens. De zee biedt ons zoveel voordelen, van voedsel en verkoeling bij hittedagen tot onze belangrijkste bron van zuurstof. We weten niet wat er zou gebeuren als we die mangaanknollen zomaar zouden weghalen."
"Je zou het kunnen vergelijken met een dominosteentje. Als daarmee de rest van het oceaanleven zou kunnen ineenstorten, dan zijn dat toch risico's waar we zeer sterk over moeten nadenken. Misschien is het interessanter voor de mensheid als we ze laten zitten. Dat weten we nog niet. En het zou een beetje zonde zijn om dat te ontdekken als we ze allemaal hebben weggehaald."
Dat vindt ook Franz Geiger van de Amerikaanse Northwestern University, een van de wetenschappers die wel meewerkte aan het onderzoek. "We moeten opnieuw nadenken over de manier waarop we mangaanknollen naar boven brengen, zodat we de zuurstofbron van het diepzeeleven niet uitputten."
