انتقل إلى المحتوى

أكسجين داكن

هذه المقالة يتيمة. ساعد بإضافة وصلة إليها في مقالة متعلقة بها
من ويكيبيديا، الموسوعة الحرة

إنتاج الأكسجين الداكن يشير إلى توليد أكسجين جزيئي (O2) من خلال عمليات لا تعتمد على التركيب الضوئي. ولذلك، فإن استخدام كلمة "داكن" هنا يختلف عن استخدامها في مصطلح "مادة مظلمة أحيائية"، حيث يشير إلى الغموض في التقييم العلمي بدلًا من المعنى الضوئي. على الرغم من أن معظم الأكسجين على الأرض يُنتج بواسطة النباتات والكائنات الدقيقة النشطة ضوئيًا عبر التركيب الضوئي، إلا أن إنتاج الأكسجين الداكن يحدث عبر مجموعة من العمليات اللاأحيائية والنظم البيئية وقد يدعم الأيض الهوائي في البيئات الداكنة ونقص الأكسجين في الماء.

الإنتاج اللاأحيائي

[عدل]

يمكن أن يحدث إنتاج الأكسجين الداكن اللاأحيائي من خلال عدة آليات، مثل:

  • تحليل إشعاعي للماء: تحدث هذه العملية عادةً في النظم البيئية الجيولوجية الداكنة، مثل طبقة المياه الجوفية، حيث يؤدي اضمحلال العناصر المشعة في الصخور المحيطة إلى تحلل جزيئات الماء، مما يؤدي إلى إنتاج O2.[1]
  • أكسدة الجذور الراديكالية المرتبطة بالسطح: على المعادن الحاوية على السيليكون مثل المرو، يمكن أن تخضع الجذور الراديكالية المرتبطة بالسطح لعملية الأكسدة، مما يساهم في إنتاج O2.[2][3][4]

بالإضافة إلى تكوين O2 المباشر، غالبًا ما تنتج هذه العمليات مركبات الأكسجين التفاعلية (ROS)، مثل جذور الهيدروكسيل (OH•) والأكسيد الفائق (O2•-) وفوق أكسيد الهيدروجين (H2O2). ويمكن تحويل هذه المركبات إلى O2 وماء إما بطريقة حيوية، من خلال إنزيمات مثل سوبر أكسيد ديسميوتاز وكاتالاز، أو بطريقة لاأحيائية، من خلال تفاعلات مع الحديد الثنائي والمعادن المختزلة الأخرى.[5][6]

الإنتاج الحيوي

[عدل]

يتم إنتاج الأكسجين الداكن الحيوي بواسطة الميكروبات عبر عمليات ميكروبية مختلفة، منها:

  • تحلل الكلوريت [الإنجليزية]: يتضمن هذا التفاعل تفاعل عدم تناسب للكلوريت (ClO2-) لإنتاج O2 وأيونات الكلوريد.[7]
  • تحلل أكسيد النيتريك: يشمل تحلل أكسيد النيتريك (NO) إلى O2 وغاز ثنائي النيتروجين (N2) أو أكسيد النيتروس (N2O).[8][9][10]
  • تحلل الماء بواسطة المثانوبكتينات: يمكن للمثانوبكتينات أن تحلل جزيئات الماء لإنتاج O2.[11]

تمكن هذه العمليات المجتمعات الميكروبية من الحفاظ على الأيض الهوائي في البيئات التي تفتقر إلى الأكسجين.

الأدلة التجريبية

[عدل]

قدمت الدراسات الحديثة أدلة على إنتاج الأكسجين الداكن في بيئات جيولوجية وتحت سطح الأرض مختلفة:

  • نظم بيئية في المياه الجوفية: تم قياس تركيزات الأكسجين المذاب في مياه جوفية قديمة كان يُعتقد سابقًا أنها خالية من الأكسجين. يُعزى وجود O2 إلى مجتمعات ميكروبية قادرة على إنتاج الأكسجين الداكن والتحلل الإشعاعي للماء. وتدعم تحليلات الميتاجينومية ودراسات تحليل النظائر للأكسجين هذا الإنتاج المحلي للأكسجين بدلاً من اختلاطه مع الأكسجين الجوي.[12]
    مجموعة من عقيدات المنغنيز قبالة سواحل جزر كوك
  • بيئات قاع البحر: أشارت دراسة حول عقيدات المنغنيز في قاع البحر العميق إلى إمكانية حدوث إنتاج أكسجين داكن لاأحيائي.[13] الآلية المقترحة هي التحليل الكهربائي، حيث تم تسجيل فولتية على سطح العقيدات. ومع ذلك، لم يتم قياس أي فولتية كافية لتحليل الماء، ولا يزال مصدر الطاقة للتحليل الكهربائي غير معروف، ولم تجد التجارب السابقة في نفس المنطقة أي دليل على إنتاج الأكسجين.[14][15][16][17][18]

التبعات

[عدل]

على الرغم من تنوع مسارات إنتاج الأكسجين الداكن، فقد كان يُعتبر تقليديًا ضئيل الأهمية في أنظمة الأرض. تشير الأدلة الحديثة إلى أن O2 يُنتج ويُستهلك في بيئات مظلمة وظاهريًا خالية من الأكسجين على نطاق أوسع مما كان يُعتقد سابقًا، مما يحمل تبعات مهمة على الدورات البيوجيوكيميائية العالمية.[19][20]

المراجع

[عدل]
  1. ^ Das, Soumya (2013). "Critical Review of Water Radiolysis Processes, Dissociation Products, and Possible Impacts on the Local Environment: A Geochemist". Australian Journal of Chemistry (بالإنجليزية). 66 (5): 522. DOI:10.1071/CH13012. ISSN:0004-9425.
  2. ^ He, Hongping; Wu, Xiao; Xian, Haiyang; Zhu, Jianxi; Yang, Yiping; Lv, Ying; Li, Yiliang; Konhauser, Kurt O. (16 Nov 2021). "An abiotic source of Archean hydrogen peroxide and oxygen that pre-dates oxygenic photosynthesis". Nature Communications (بالإنجليزية). 12 (1): 6611. Bibcode:2021NatCo..12.6611H. DOI:10.1038/s41467-021-26916-2. ISSN:2041-1723. PMC:8595356. PMID:34785682.
  3. ^ He, Hongping; Wu, Xiao; Zhu, Jianxi; Lin, Mang; Lv, Ying; Xian, Haiyang; Yang, Yiping; Lin, Xiaoju; Li, Shan; Li, Yiliang; Teng, H. Henry; Thiemens, Mark H. (28 Mar 2023). "A mineral-based origin of Earth's initial hydrogen peroxide and molecular oxygen". Proceedings of the National Academy of Sciences (بالإنجليزية). 120 (13): e2221984120. Bibcode:2023PNAS..12021984H. DOI:10.1073/pnas.2221984120. ISSN:0027-8424. PMC:10068795. PMID:36940327.
  4. ^ Stone, Jordan; Edgar, John O.; Gould, Jamie A.; Telling, Jon (8 Aug 2022). "Tectonically-driven oxidant production in the hot biosphere". Nature Communications (بالإنجليزية). 13 (1): 4529. Bibcode:2022NatCo..13.4529S. DOI:10.1038/s41467-022-32129-y. ISSN:2041-1723. PMC:9360021. PMID:35941147.
  5. ^ Sutherland, Kevin M.; Hemingway, Jordon D.; Johnston, David T. (May 2022). "The influence of reactive oxygen species on "respiration" isotope effects". Geochimica et Cosmochimica Acta (بالإنجليزية). 324: 86–101. Bibcode:2022GeCoA.324...86S. DOI:10.1016/j.gca.2022.02.033. Archived from the original on 2024-06-12.
  6. ^ Xu, Jie; Sahai, Nita; Eggleston, Carrick M.; Schoonen, Martin A.A. (Feb 2013). "Reactive oxygen species at the oxide/water interface: Formation mechanisms and implications for prebiotic chemistry and the origin of life". Earth and Planetary Science Letters (بالإنجليزية). 363: 156–167. Bibcode:2013E&PSL.363..156X. DOI:10.1016/j.epsl.2012.12.008. Archived from the original on 2024-04-16.
  7. ^ Xu, Jianlin; Logan, Bruce E. (Aug 2003). "Measurement of chlorite dismutase activities in perchlorate respiring bacteria". Journal of Microbiological Methods (بالإنجليزية). 54 (2): 239–247. DOI:10.1016/S0167-7012(03)00058-7. PMID:12782379. Archived from the original on 2024-07-10.
  8. ^ Ettwig، Katharina F.؛ Speth، Daan R.؛ Reimann، Joachim؛ Wu، Ming L.؛ Jetten، Mike S. M.؛ Keltjens، Jan T. (2012). "Bacterial oxygen production in the dark". Frontiers in Microbiology. ج. 3: 273. DOI:10.3389/fmicb.2012.00273. ISSN:1664-302X. PMC:3413370. PMID:22891064.
  9. ^ Kraft, Beate; Jehmlich, Nico; Larsen, Morten; Bristow, Laura A.; Könneke, Martin; Thamdrup, Bo; Canfield, Donald E. (7 Jan 2022). "Oxygen and nitrogen production by an ammonia-oxidizing archaeon". Science (بالإنجليزية). 375 (6576): 97–100. Bibcode:2022Sci...375...97K. DOI:10.1126/science.abe6733. ISSN:0036-8075. PMID:34990242. Archived from the original on 2024-10-07.
  10. ^ Murali, Ranjani; Pace, Laura A.; Sanford, Robert A.; Ward, L. M.; Lynes, Mackenzie M.; Hatzenpichler, Roland; Lingappa, Usha F.; Fischer, Woodward W.; Gennis, Robert B.; Hemp, James (25 Jun 2024). "Diversity and evolution of nitric oxide reduction in bacteria and archaea". Proceedings of the National Academy of Sciences (بالإنجليزية). 121 (26): e2316422121. Bibcode:2024PNAS..12116422M. DOI:10.1073/pnas.2316422121. ISSN:0027-8424. PMC:11214002. PMID:38900790.{{استشهاد بدورية محكمة}}: صيانة الاستشهاد: PMC embargo expired (link)
  11. ^ Dershwitz, Philip; Bandow, Nathan L.; Yang, Junwon; Semrau, Jeremy D.; McEllistrem, Marcus T.; Heinze, Rafael A.; Fonseca, Matheus; Ledesma, Joshua C.; Jennett, Jacob R.; DiSpirito, Ana M.; Athwal, Navjot S.; Hargrove, Mark S.; Bobik, Thomas A.; Zischka, Hans; DiSpirito, Alan A. (25 Jun 2021). Parales, Rebecca E. (ed.). "Oxygen Generation via Water Splitting by a Novel Biogenic Metal Ion-Binding Compound". Applied and Environmental Microbiology (بالإنجليزية). 87 (14): e0028621. Bibcode:2021ApEnM..87E.286D. DOI:10.1128/AEM.00286-21. ISSN:0099-2240. PMC:8231713. PMID:33962982.
  12. ^ Ruff, S. Emil; Humez, Pauline; de Angelis, Isabella Hrabe; Diao, Muhe; Nightingale, Michael; Cho, Sara; Connors, Liam; Kuloyo, Olukayode O.; Seltzer, Alan; Bowman, Samuel; Wankel, Scott D.; McClain, Cynthia N.; Mayer, Bernhard; Strous, Marc (13 Jun 2023). "Hydrogen and dark oxygen drive microbial productivity in diverse groundwater ecosystems". Nature Communications (بالإنجليزية). 14 (1): 3194. Bibcode:2023NatCo..14.3194R. DOI:10.1038/s41467-023-38523-4. ISSN:2041-1723. PMC:10264387. PMID:37311764.
  13. ^ Sweetman, Andrew K.; Smith, Alycia J.; de Jonge, Danielle S. W.; Hahn, Tobias; Schroedl, Peter; Silverstein, Michael; Andrade, Claire; Edwards, R. Lawrence; Lough, Alastair J. M.; Woulds, Clare; Homoky, William B.; Koschinsky, Andrea; Fuchs, Sebastian; Kuhn, Thomas; Geiger, Franz (Aug 2024). "Evidence of dark oxygen production at the abyssal seafloor". Nature Geoscience (بالإنجليزية). 17 (8): 737–739. DOI:10.1038/s41561-024-01480-8. ISSN:1752-0894. Archived from the original on 2024-11-30.
  14. ^ Smith, K. L.; Laver, M. B.; Brown, N. O. (1983). "Sediment community oxygen consumption and nutrient exchange in the central and eastern North Pacific1". Limnology and Oceanography (بالإنجليزية). 28 (5): 882–898. DOI:10.4319/lo.1983.28.5.0882. ISSN:0024-3590. Archived from the original on 2024-10-07.
  15. ^ Khripounoff, Alexis; Caprais, Jean-Claude; Crassous, Philippe; Etoubleau, Joël (2006). "Geochemical and biological recovery of the disturbed seafloor in polymetallic nodule fields of the Clipperton-Clarion Fracture Zone (CCFZ) at 5,000-m depth". Limnology and Oceanography (بالإنجليزية). 51 (5): 2033–2041. DOI:10.4319/lo.2006.51.5.2033.
  16. ^ Vonnahme, T. R.; Molari, M.; Janssen, F.; Wenzhöfer, F.; Haeckel, M.; Titschack, J.; Boetius, A. (2020). "Effects of a deep-sea mining experiment on seafloor microbial communities and functions after 26 years". Science Advances (بالإنجليزية). 6 (18). DOI:10.1126/sciadv.aaz5922. ISSN:2375-2548. PMC:7190355. PMID:32426478. Archived from the original on 2024-10-07.
  17. ^ Stratmann, Tanja; Voorsmit, Ilja; Gebruk, Andrey; Brown, Alastair; Purser, Autun; Marcon, Yann; Sweetman, Andrew K.; Jones, Daniel O. B.; van Oevelen, Dick (2018). "Recovery of Holothuroidea population density, community composition, and respiration activity after a deep‐sea disturbance experiment". Limnology and Oceanography (بالإنجليزية). 63 (5): 2140–2153. DOI:10.1002/lno.10929. ISSN:0024-3590. Archived from the original on 2024-10-07.
  18. ^ An، Sung-Uk؛ Baek، Ju-Wook؛ Kim، Sung-Han؛ Baek، Hyun-Min؛ Lee، Jae Seong؛ Kim، Kyung-Tae؛ Kim، Kyeong Hong؛ Hyeong، Kiseong؛ Chi، Sang-Bum؛ Park، Chan Hong (2024). "Regional differences in sediment oxygen uptake rates in polymetallic nodule and co-rich polymetallic crust mining areas of the Pacific Ocean". Deep Sea Research Part I: Oceanographic Research Papers. ج. 207: 104295. DOI:10.1016/j.dsr.2024.104295. ISSN:0967-0637. مؤرشف من الأصل في 2024-12-04.
  19. ^ Sweetman, Andrew K.; Smith, Alycia J.; de Jonge, Danielle S. W.; Hahn, Tobias; Schroedl, Peter; Silverstein, Michael; Andrade, Claire; Edwards, R. Lawrence; Lough, Alastair J. M.; Woulds, Clare; Homoky, William B.; Koschinsky, Andrea; Fuchs, Sebastian; Kuhn, Thomas; Geiger, Franz (Aug 2024). "Evidence of dark oxygen production at the abyssal seafloor". Nature Geoscience (بالإنجليزية). 17 (8): 737–739. DOI:10.1038/s41561-024-01480-8. ISSN:1752-0894. Archived from the original on 2024-11-30.
  20. ^ Ruff, S. Emil; Humez, Pauline; de Angelis, Isabella Hrabe; Diao, Muhe; Nightingale, Michael; Cho, Sara; Connors, Liam; Kuloyo, Olukayode O.; Seltzer, Alan; Bowman, Samuel; Wankel, Scott D.; McClain, Cynthia N.; Mayer, Bernhard; Strous, Marc (13 Jun 2023). "Hydrogen and dark oxygen drive microbial productivity in diverse groundwater ecosystems". Nature Communications (بالإنجليزية). 14 (1). DOI:10.1038/s41467-023-38523-4. ISSN:2041-1723. PMC:10264387. PMID:37311764. Archived from the original on 2024-10-08.
مجلوبة من «https://ar.wikipedia.org/w/index.php?title=أكسجين_داكن&oldid=68812924»