رقابت برای سوخت هیدروژنی این دانشمندان را به قعر قطب شمال کشانده است. اما آیا آنها می توانند قبل از اینکه خیلی دیر شود رازهای آن را کشف کنند؟

در طول سفرهای چالش برانگیز، محققان باکتری‌های اعماق دریا را جمع‌آوری کرده‌اند که به طور طبیعی هیدروژن تولید می‌کنند و اکوسیستم باستانی را کاوش و مستندسازی کرده‌اند که به زودی می‌تواند برای همیشه تغییر کند.

زک تیلور

20 اکتبر 2026

خورشید هرگز در تابستان قطب شمال غروب نمی کند. فقط با افق معاشقه می کند تا غروب وهم انگیزی خلق کند. از روی عرشه یک کشتی تحقیقاتی در پهنه به ظاهر بی پایان خاکستری و اقیانوس سرد، تنها حس طبیعی گذر روزها را ارائه می دهد.

خوان گالارزا، اکولوژیست مولکولی در دانشگاه اولو در فنلاند، زمانی که او و تیمش در تابستان 2024 قطب شمال را جست‌وجو می‌کردند، اغلب حس زمان را به دلیل این شرایط «سرگردان» از دست می‌داد.

چنین سیگنالی می‌تواند به این معنی باشد که آنها یک تراوش سرد را کشف کرده‌اند، مکانی در اعماق دریا که در آن مایعات یا گازهایی مانند متان از شکاف‌های کف دریا خارج می‌شوند.از طریق یک فرآیند تولید انرژی به نام کموسنتز، حیات میکروسکوپی می تواند توسط این گازها پشتیبانی شود و در تاریکی مطلق و شرایط نزدیک به انجماد رشد کند. گالارزا معتقد است برخی از این باکتری‌ها می‌توانند به نوآوری انرژی پاک دامن بزنند.

گالارزا توضیح می‌دهد: «این میکروب‌ها میلیون‌ها سال در آنجا به‌صورت مجزا تکامل یافته‌اند.این یکی از سیستم هایی است که کمتر مورد مطالعه قرار گرفته است.

یک زیست شناس دریایی همکار گالارزا را در مورد باکتری های ساده ای که اعتقاد بر این است که از متان در تراوش های سرد قطب شمال تغذیه می کنند و به طور طبیعی هیدروژن را به عنوان محصول جانبی چرخه متابولیک خود تولید می کنند، آگاه کرد. این پتانسیل او را برانگیخت تا رویاپردازی کند: اگر فقط می توانست این میکروب ها را در رسوبات پیدا کند و نحوه تولید هیدروژن را مطالعه کند، می تواند به راه های جدیدی برای تولید سوخت هیدروژنی منجر شود، یک منبع انرژی بالقوه پاک و تجدیدپذیر که فقط آب را به عنوان محصول جانبی احتراق تولید می کند.

از آن زمان، تیم او دو بار برای یافتن و جمع‌آوری نمونه‌هایی از باکتری‌ها به قطب شمال بازگشته است، آخرین مورد در تابستان امسال. گالارزا می‌گوید که از پیشرفت آنها به سمت استفاده از ژن‌های میکروب‌های تولیدکننده هیدروژن برای توسعه سوخت پایدار تشویق شده است.

اما اقیانوس منجمد شمالی به دلیل تغییرات آب و هوایی دستخوش تغییرات سریعی می شود. در حالی که آنها در بستر دریا برای کشف اکتشافات جدید جستجو می کنند، دانشمندان می دانند که زندگی در آنجا ممکن است تغییر کند یا حتی قبل از درک کامل از بین برود.

هنری هانتینگتون، رئیس تحقیقات قطب شمال در Ocean Conservancy که با تیم گالارزا ارتباط نداشت، گفت: «ما در حال مطالعه اکوسیستمی هستیم که به سرعت در حال تغییر است. خیلی سخت است که بدانیم اوضاع به کدام سمت می رود.»

طلایاب های جدید

هیدروژن رایج ترین عنصر در کیهان است – در حدود 90 درصد اتم ها وجود دارد – اما برای استفاده به عنوان سوخت، باید به شکل خالص و غیر محدود خود استفاده شود. هیدروژن طبیعی بسیار نادر است. برای تولید آن، عنصر معمولاً باید از مولکول های حاوی هیدروژن مانند آب یا گاز طبیعی جدا شود.

در حالی که هیدروژن این پتانسیل را دارد که یک سوخت جایگزین تمیز برای موتورهای احتراق داخلی باشد، نیاز به جداسازی عنصر از ورود آن به جریان اصلی جلوگیری کرده است. تقسیم هیدروژن یک فرآیند انرژی بر و پرهزینه است و هیدروژن تنها در صورتی یک منبع انرژی پاک است که این تقسیم توسط یک شبکه تجدیدپذیر و نه سوخت های فسیلی تامین شود.

اما امروزه، تقاضا برای انرژی های جایگزین علاقه به سوخت هیدروژنی را احیا کرده است و برخی از کارشناسان صنعت معتقدند که هنوز هم می تواند نقش مهمی در زیرساخت انرژی فردا داشته باشد.

نائومی بونز، ژئوفیزیکدانی که قبلا در شورون کار می‌کرد اما اکنون مدیر عامل مرکز سوخت‌های آینده دانشگاه استنفورد است، توضیح می‌دهد: «هرجا که بتوانید از گاز طبیعی استفاده کنید، می‌توانید از هیدروژن استفاده کنید.»

او سوخت هیدروژنی را به ویژه در صنایع سنگینی مفید می‌داند که در غیر این صورت برقی‌کردن آن‌ها دشوار بود، مانند حمل و نقل هوایی یا کشتیرانی. بونز می‌گوید: اتومبیل‌ها می‌توانند برقی باشند، اما تصور اینکه مثلاً چگونه یک هواپیمای دوربرد را برقی کنید، واقعاً سخت است. تخمین زده می شود که تا سال 2060، 50 درصد اقتصاد جهانی همچنان به موتورهای احتراق داخلی وابسته است. “ما با این همه بخش واقعاً وابسته به سوخت چه خواهیم کرد؟”

او می گوید که هیدروژن یک پاسخ بالقوه است. Boness می‌افزاید: اگر پیشرفت‌ها، استخراج هیدروژن طبیعی را از نظر اقتصادی و زیست‌محیطی مقرون‌به‌صرفه‌تر کند، می‌تواند «تغییرگر بازی نهایی برای بشریت» باشد. “این به طور کامل روش استفاده از انرژی در سیستم هایمان را متحول می کند.”

سرمایه‌گذاران و دولت‌ها میلیاردها دلار را به استارت‌آپ‌ها و تلاش‌های تحقیقاتی سرازیر می‌کنند، به این امید که هزینه‌ها و انتشار گازهای گلخانه‌ای مورد نیاز برای تولید سوخت هیدروژنی را کاهش دهند – و با انجام این کار، صنعت چند میلیارد دلاری را مهار کنند. برخی دیگر روی یافتن هیدروژن طبیعی در زیر زمین شرط بندی می کنند و در نتیجه نیاز به جداسازی آن از مولکول دیگر را از بین می برند.

Bones می گوید: «این مانند روزهای اولیه اکتشاف نفت و گاز است.

به نوبه خود، تیم قطب شمال گالارزا، با حمایت مالی H2Future، ائتلافی از دولت های اروپایی و سرمایه گذاران انرژی که به دنبال پیشرفت در سوخت هیدروژن هستند، در حال بررسی باکتری های تولید کننده هیدروژن در تراوش های سرد است. آنها قصد دارند ژنتیک موجودات را مطالعه کنند تا دقیقاً نحوه تولید گاز را در شرایط نزدیک به انجماد بیاموزند.

گالارزا می گوید که این کدگذاری ژنتیکی می تواند بیوتکنولوژی های جدید مرتبط با هیدروژن را اطلاع دهد. به عنوان مثال، می تواند آنزیم های تولید کننده هیدروژن را “کپی و چسبانده” در باکتری های دیگر، مانند E. coli، که معمولاً در مقیاس صنعتی در آزمایشگاه ها کشت می شوند. بر خلاف باکتری های نافذ سرما، E. coli آنها برای زنده ماندن نیازی به متان ندارند و گازهای گلخانه ای قدرتمند را از فرآیند تولید حذف می کنند.

دانشمندان دیگر با استفاده از جلبک سبز برای تولید هیدروژن آزمایش کرده اند. اما گالارزا می گوید E. coliترکیب شده با آنزیم های تولید کننده هیدروژن، مزیتی نسبت به این دارد: باکتری ها می توانند با زباله های صنعتی تغذیه شوند تا رشد کنند و به بازیافت زباله های کسب و کارهایی مانند کارخانه های کاغذ کمک کنند. سپس میکروب ها هیدروژن تولید می کنند که احتمالاً بازدهی بالاتری نسبت به جلبک ها تولید می کنند و می توانند برای سوخت و سایر اهداف تجاری برداشت شوند.

حباب در اعماق

زمانی که گالارزا پروژه را به H2 Future ارائه کرد، هشدار داد که ممکن است نشت سردی با ویژگی‌های مناسب برای به دست آوردن نمونه‌هایی از باکتری‌ها پیدا نکنند. داده‌های بستر دریای قطب شمال محدود است و تراوش‌های سرد عمدتاً مستند نیستند. گالارزا انتظارات خود را کم کرد: “بهتر است بدبین باشید، زیرا در این صورت یا حق با شماست یا به طرز خوشایندی شگفت زده می شوید.”

در سفر اولیه در سال 2024، تیم تحقیقاتی او هفته‌ها در آب‌های شمال سوالبارد، مجمع‌الجزایر نروژی در دایره قطب شمال، سفر کردند. آنها بر اساس 20 سال داده های اقیانوس شناسی و مکان خطوط گسل که تصور می کردند نشت سرد ممکن است رخ دهد، به دنبال میکروب های وعده داده شده بودند. اما شرایط سخت قطب شمال این چالش را تشدید کرد.

قطب شمال یکی از سخت‌ترین و خطرناک‌ترین محیط‌ها برای انجام تحقیقات است. کرایه کشتی و خدمه می تواند حدود 20000 دلار در روز هزینه داشته باشد. بنابراین گالارزا و تیمش دانشمندان دیگری مانند زمین‌شناسان و اقیانوس‌شناسان را پیدا کردند تا هزینه‌ها را تقسیم کنند و کشتی را با بیشترین تعداد ممکن بسته بندی کنند. اما این منجر به یک مشکل جدید شد: تخت کافی. به این ترتیب، هنگامی که آنها مجبور به خواب بودند، جزایر خالی از سکنه نوک شمالی سوالبارد را برای خرس‌های قطبی کاوش کردند و با تفنگ در خشکی اردو زدند.

یخ دریا گاهی مسیر آنها را مسدود می کند. سپس، گویی از ناکجاآباد، طوفان هایی پدیدار شد که آنها را مجبور به توقف تحقیقات و یافتن سرپناه کرد. در یک نقطه، آب و هوای شدید آن‌ها را چنان غافلگیر کرد که مجبور شدند وسایل خود را – از جمله رایانه‌های حاوی داده‌های اکسپدیشن – را در یک کمپینگ رها کنند، در حالی که آنها به امن Longyearbyen، پایتخت سوالبارد فرار کردند و منتظر طوفان بودند. (یک اکسپدیشن دیگر در نهایت تجهیزات خود را بازیابی کرد.)

هنگامی که در دریا بود، تیم گالارزا اسکنرهای اعماق دریا را 24 ساعت شبانه‌روز تحت نظر داشتند، با نوبت‌های چهار ساعته متناوب – یا وقتی که دریازدگی شروع می‌شد و یکی از اعضای تیم مجبور بود برای جمع‌آوری حواس خود از پنجره به بیرون نگاه کند، آنها را تغییر می‌داد. آنها نمی خواستند هیچ نشانه ای از حباب را از دست بدهند.

آنها در آخرین روز سفر خود هنوز یک کانال سرد با شرایط مناسب برای باکتری ها پیدا نکرده بودند. گالارزا زمانی که یکی از اعضای تیمش متوجه حباب‌هایی روی اسکنر شد، ناامید شد. او جشن نمی گرفت، زیرا آنها قبلاً هشدارهای کاذب داده بودند که حباب های مشابه ستونی از نهنگ ها هستند که از زیر آن رد می شوند یا یک ماده شیمیایی متفاوت مانند سولفید.

آزمایشات آنها در نهایت نشان داد که این دقیقاً همان چیزی است که آنها به دنبال آن بودند: یک تراوش سرد با شرایط مناسب برای باکتری های تولید کننده هیدروژن برای زندگی در رسوبات اطراف منافذ متان. Galarza می‌گوید: «ما واقعاً آن را باور نمی‌کردیم تا اینکه سه بار با ابزارهای مختلف تأیید کردیم.

این کشف راه نجاتی برای تحقیقات فراهم کرد و بودجه بیشتری را برای تیم فراهم کرد. آن‌ها بازگشتند تا میکروب‌هایی را پیدا کنند که آزادانه در آنجا زندگی می‌کنند، و اکنون نمونه‌های خاک را از چهار تراوش سرد فعال جمع‌آوری کرده‌اند، با استفاده از اقدامات ایمنی زیستی سخت‌گیرانه برای مهار باکتری‌ها. سپس، در ایمنی آزمایشگاه خود، میکروب هایی را که میلیون ها سال در انزوا زندگی کرده بودند، زیر عدسی میکروسکوپ آوردند.

یک زندگی ساده و آسیب پذیر

برای نسل‌ها فرض بر این بود که زندگی برای وجود نور خورشید نیاز دارد. تا اواخر قرن بیستم بود که دانشمندان کل اکوسیستم هایی را کشف کردند که از مواد شیمیایی فوران کننده از کف دریا تغذیه می کردند. این واحه های زندگی در ورطه اقیانوس، هزاران پا زیر دست آخرین پرتوهای نور خورشید، دوام آوردند.

تا حدودی به دلیل این شرایط خصمانه و دور، باکتری‌های موجود در تراوش‌های سرد تا حدود زیادی برای میلیون‌ها سال دست نخورده باقی مانده‌اند. در طول این مدت، آنها به طور منحصر به فردی در تولید هیدروژن کارآمد شدند.

Galarza توضیح می دهد: “آنها موجودات بسیار تخصصی هستند که باید با این شرایط شدید سازگار شوند.” تکامل آنها را در طول زمان ساده تر کرد. آنها فقط ژن ها و آنزیم های ضروری را برای زنده ماندن در آنجا نگه داشتند و بقیه چیزها از بین رفته است.

با این حال، همان شرایطی که به باکتری‌ها اجازه می‌دهد در طول نسل‌ها ساده شوند، آنها را در برابر هرگونه تغییر در محیط خود که برای هزاران سال پایدار بوده است، بسیار آسیب‌پذیر می‌کند. Galarza توضیح می دهد: “آنها به تنوع عادت ندارند.” هر گونه تغییر ظریف در بیوشیمی آب می تواند آنها را مجبور به سازگاری برای بقا کند – و شاید این توانایی “تخصصی” تولید هیدروژن را از دست بدهد.

امروزه، قطب شمال سریعتر از هر منطقه دیگری روی این سیاره در حال تغییر است – و این اثرات به کف دریا نفوذ می کند.

از دست دادن یخ دریا می تواند بر سطح مواد مغذی در ستون آب تأثیر بگذارد. وقتی بهار می رسد و نور خورشید شب طولانی قطب شمال را می شکند، زندگی در زیر یخ ها شکوفا می شود – باغی از جلبک ها موجوداتی را در تمام اعماق اقیانوس پرورش می دهد.

به گفته هانتینگتون، این به “شکوفه بهاری” قطب شمال معروف است. جلبک ها به وفور شکوفا می شوند که مقداری از آنها در لایه های بالایی اقیانوس بدون مصرف باقی می مانند. هانتینگتون می‌گوید: «بسیاری از مواد به کف دریا فرو می‌روند، بنابراین کف اقیانوس فوق‌العاده‌ای غنی خواهید داشت».

اما اگر زمان و فراوانی این شکوفه‌ها با کاهش پوشش یخی دریا تغییر کند، می‌تواند بر شبکه حساس و متنوعی از حیات اعماق دریا که دانشمندان تازه شروع به کشف آن کرده‌اند – از جمله میکروب‌ها، اسفنج‌ها، ستاره‌های دریایی و حتی صخره‌های مرجانی، تأثیر بگذارد.

تغییرات در شوری نیز عدم قطعیت قابل توجهی ایجاد می کند. با گرم شدن آب‌ها، عقب‌نشینی یخ‌های دریا و ذوب شدن یخچال‌های طبیعی، جریان‌های شورتر اقیانوس اطلس به سمت شمال خزیده‌اند، فرآیندی که به «آتلانفیکاسیون» قطب شمال معروف است. این تغییرات لایه‌های مختلف اقیانوس منجمد شمالی را مخلوط می‌کند: آب شورتر پایین‌تر می‌رود و آب شیرین‌تر را به سمت بالا می‌برد و توزیع مواد مغذی را تغییر می‌دهد.

ایگور پولیاکوف، محقق قطب شمال در دانشگاه آلاسکا فیربنکس توضیح می‌دهد: «زیست‌شناسان هنوز نمی‌دانند واکنش سیستم اکولوژیکی به این محیط فیزیکی جدید از لایه‌ها چه خواهد بود.

گالارزا از تغییرات سریع بیوشیمیایی که در آب دیده به دلیل تغییر سطح شوری و کوچک شدن یخ دریا که شدت و زمان نفوذ نور خورشید به سطح را تغییر می دهد، شگفت زده می شود. تیم او بیش از 800 گونه از میکروب های توصیف نشده را پیدا کرده است که در نزدیکی چشمه های سرد زندگی می کنند، اما بسیاری از آنها ممکن است به دلیل تغییر شرایط از بین بروند.

او می گوید: «ما در حال مستندسازی محیط هایی هستیم که ممکن است ده سال بعد وجود نداشته باشند. ما در آنجا گونه های زیادی را از دست می دهیم و من فقط به باکتری ها نگاه می کنم.

تیم گالارزا نمونه‌های ژنتیکی را از باکتری‌ها جمع‌آوری کرده و اکنون روی جداسازی آنزیم‌های تولیدکننده هیدروژن کار می‌کنند. به دلیل سادگی ژنتیک آن‌ها، این آسان‌تر از آن چیزی بود که گالارزا انتظار داشت.

او می گوید: «من هرگز در جمع آوری ژنوم به این سرعت عمل نکرده ام. اگرچه مراحل زیادی وجود دارد که هنوز باید تکمیل شود – مانند توسعه فناوری های جدید برای جذب هیدروژن از باکتری ها – نتایج اولیه او را تشویق می کند.

در حالی که گالارزا امیدوار است آنچه را که برای ادامه تحقیقات هیدروژنی خود نیاز دارد، داشته باشد، می‌ترسد که بسیاری از میکروب‌های دیگر که در بستر دریای قطب شمال زندگی می‌کنند، پیش از اکتشاف ناپدید شوند – و همراه با آنها اسرار احتمالی برای واکسن‌ها و درمان‌های سرطان یا پیشرفت‌هایی در نحوه جستجوی حیات فرازمینی.

از این محیط ها چه چیزی می توان کشف کرد؟ گالارزا می گوید. “پتانسیل غیر قابل اندازه گیری است.”