A mais de 12.000 pés (cerca de 3,7 km) abaixo da superfície do mar, em uma região do Oceano Pacífico conhecida como Zona Clarion-Clipperton (CCZ), rochas com milhões de anos cobrem o fundo do mar. Essas rochas podem parecer sem vida, mas aninhadas entre as fendas e recantos de suas superfícies, pequenas criaturas marinhas e microrganismos fazem seu lar, muitos deles exclusivamente adaptados para a vida na escuridão.
Essas rochas de águas profundas, chamadas de nódulos polimetálicos, não apenas abrigam uma surpreendente quantidade de criaturas marinhas. Uma equipe de cientistas que inclui especialistas da Universidade de Boston descobriu que elas também produzem oxigênio no fundo do mar.
A descoberta é surpreendente, considerando que o oxigênio é tipicamente criado por plantas e organismos com a ajuda do sol—não por rochas no fundo do oceano. Cerca de metade de todo o oxigênio que respiramos é produzido próximo à superfície do oceano por fitoplâncton que realiza a fotossíntese, assim como as plantas terrestres. Como a luz solar é necessária para realizar a fotossíntese, encontrar produção de oxigênio no fundo do mar, onde não há luz, contraria a sabedoria convencional. Foi tão inesperado que os cientistas envolvidos no estudo inicialmente pensaram que fosse um erro.
“Isso foi realmente estranho, porque ninguém nunca tinha visto isso antes”, diz Jeffrey Marlow, professor assistente de biologia da Faculdade de Artes e Ciências da Universidade de Boston e coautor do estudo, que foi publicado na revista Nature Geoscience.
Como especialista em microrganismos que vivem nos habitats mais extremos da Terra—como lava endurecida e fontes hidrotermais no fundo do mar—Marlow inicialmente suspeitou que a atividade microbiana poderia ser responsável pela produção de oxigênio. A equipe de pesquisa usou câmaras de águas profundas que pousam no fundo do mar e enclausuram a água do mar, sedimentos, nódulos polimetálicos e organismos vivos. Eles então mediram como os níveis de oxigênio mudaram nas câmaras ao longo de 48 horas. Se houver uma quantidade abundante de organismos respirando oxigênio, os níveis normalmente diminuiriam, dependendo da quantidade de atividade animal presente na câmara. Mas, nesse caso, o oxigênio estava aumentando.
“Fizemos muitos testes e descobrimos que os níveis de oxigênio aumentaram muitas vezes após aquela medição inicial,” diz Marlow. “Então, agora estamos convencidos de que é um sinal real.”
Ele e seus colegas estavam a bordo de um navio de pesquisa encarregado de aprender mais sobre a ecologia da CCZ, que se estende por 1,7 milhão de milhas quadradas entre o Havaí e o México, para uma pesquisa ambiental patrocinada pela The Metals Company, uma empresa de mineração em águas profundas interessada em extrair as rochas em massa para metais. Após realizar experimentos a bordo do navio, Marlow e a equipe, liderada por Andrew Sweetman da Associação Escocesa para Ciências Marinhas, concluíram que o fenômeno não é causado principalmente pela atividade microbiana, apesar da abundância de muitos tipos diferentes de microrganismos tanto na superfície quanto no interior das rochas.
Os nódulos polimetálicos são compostos por metais raros, incluindo cobre, níquel, cobalto, ferro e manganês, e é por isso que as empresas estão interessadas em minerá-los. De acordo com o estudo, esses metais densamente compactados provavelmente estão desencadeando a “eletrólise da água do mar”. Isso significa que os íons metálicos nas camadas de rocha estão distribuídos de maneira desigual, criando uma separação de cargas elétricas—exatamente como acontece dentro de uma bateria. Esse fenômeno cria energia suficiente para dividir as moléculas de água em oxigênio e hidrogênio. Eles chamaram isso de “oxigênio escuro”, já que é oxigênio produzido sem luz solar. O que ainda não está claro é o mecanismo exato de como isso acontece, se os níveis de oxigênio variam em toda a CCZ, e se o oxigênio desempenha um papel significativo na sustentação do ecossistema local.
A The Metals Company chama os nódulos polimetálicos de “bateria em uma rocha” e, em seu site, afirma que minerá-los poderia acelerar a transição para veículos elétricos movidos a bateria e alega que a mineração em terra eventualmente não seria mais necessária. Até agora, a mineração na CCZ é exploratória, mas a Autoridade Internacional dos Fundos Marinhos das Nações Unidas, que gerencia a área, pode começar a tomar decisões sobre a mineração já no próximo ano. A The Metals Company está trabalhando com os estados do Pacífico de Nauru, Tonga e Kiribati para obter acesso a licenças de mineração, mas muitas outras nações do Pacífico Sul, incluindo Palau, Fiji e Tuvalu, apoiam vocalmente uma moratória ou uma pausa nos planos de mineração. Grupos ativistas ambientais como Greenpeace e Ocean Conservancy estão pedindo uma proibição permanente, e os opositores da operação temem que isso possa causar danos irreversíveis ao fundo do mar.
Enquanto isso, os cientistas começaram a estudar os potenciais impactos de perturbar um ecossistema amplamente inexplorado. Este artigo da Nature Geoscience contribui com insights sobre as condições de referência da área antes que qualquer mineração em larga escala comece.
“Não sabemos todas as implicações, mas, para mim, essa descoberta sugere que devemos considerar profundamente o que alterar esses sistemas faria à comunidade animal”, diz Marlow, já que todos os animais precisam de oxigênio para sobreviver.
A CCZ (Zona Clarion-Clipperton) é também o ambiente perfeito para estudar os menores organismos do planeta, como bactérias e arqueias (organismos unicelulares) encontrados em sedimentos e nos nódulos. Marlow e seu coautor Peter Schroedl (GRS’25), um estudante de doutorado no programa de ecologia, comportamento e evolução da BU, estão especialmente focados em usar micróbios encontrados em ambientes extremos como a CCZ como modelos para encontrar vida unicelular em outros planetas e luas—já que desertos, vulcões e fontes hidrotermais são os lugares mais semelhantes que temos a Marte e às muitas luas de Saturno. Isso é chamado de astrobiologia, um campo que busca informar a busca por vida extraterrestre estudando os sistemas da Terra.
“A vida em ambientes como a CCZ oferece uma oportunidade para estudar ecossistemas que se desenvolveram sob pressões e restrições evolutivas distintas”, diz Schroedl, que trabalha no laboratório de Marlow. Essas condições—profundidade, pressão e ambiente aquático—são “análogas às condições que medimos ou esperamos descobrir em luas geladas”, afirma ele.
Por exemplo, a lua de Júpiter, Encélado, e a lua de Saturno, Europa, estão cobertas por camadas de gelo sem luz solar alcançando a água aprisionada embaixo. “Quem sabe—se esses tipos de rochas estão sob o gelo produzindo oxigênio, isso poderia permitir a existência de uma biosfera mais produtiva”, diz Marlow.
“Se a fotossíntese não for necessária para produzir oxigênio, então outros planetas com oceanos e rochas ricas em metais como esses nódulos poderiam sustentar uma biosfera mais evoluída do que pensamos ser possível no passado.”
Existem muitas perguntas a serem feitas, diz Marlow, sobre o que a descoberta do oxigênio escuro significa para oceanos extraterrestres e para os nossos próprios.
“Na maior parte, pensamos no fundo do mar como um lugar onde material em decomposição cai e os animais comem os restos. Mas essa descoberta está recalibrando essa dinâmica”, afirma ele. “Isso nos ajuda a ver o oceano profundo como um lugar de produção, semelhante ao que encontramos com vazamentos de metano e fontes hidrotermais que criam oásis para animais marinhos e micróbios. Acho que é uma inversão interessante de como tendemos a pensar sobre o fundo do mar.”
