Mokslininkai atranda didžiulį angliavandenilių ciklą pasaulio vandenyne

Tyrėjai ištraukia vandens mėginius iš Sargaso jūros. Autorius: Davidas Valentine’as

Angliavandeniliai ir nafta yra beveik sinonimai aplinkos moksle. Juk naftos atsargos yra atsakingos už beveik visus angliavandenilius, su kuriais susiduriame. Tačiau nedaugelis angliavandenilių, kurių kilmės vieta yra biologiniai šaltiniai, gali atlikti didesnį ekologinį vaidmenį, nei iš pradžių įtarė mokslininkai.

Mokslininkų komanda iš UC Santa Barbaros ir Woods Hole okeanografijos instituto (WHOI) ištyrė šią anksčiau užleistą okeanografijos sritį dėl nepastebėto pasaulinio ciklo požymių. Jie taip pat išbandė, kaip jo egzistavimas galėtų paveikti vandenyno reakciją į naftos išsiliejimus.

„Mes parodėme, kad vandenyne vyksta didžiulis ir greitas angliavandenilių ciklas ir kad jis skiriasi nuo vandenyno gebėjimo reaguoti į naftos sąnaudas“, – sakė profesorius Davidas Valentine’as, kuris vadovauja Norisui Žemės departamente. Mokslas UCSB. Tyrimas, kuriam vadovauja jo magistrantai Eleanor Arrington ir Connor Love, pasirodo Natūrali mikrobiologija.

2015 m. Kembridžo universiteto mokslininkų vadovaujama tarptautinė grupė paskelbė tyrimą, kuris parodė, kad angliavandenilių pentadekaną laboratorinėse kultūrose gamino jūrinės cianobakterijos. Tyrėjai ekstrapoliuoja, kad šis junginys gali būti svarbus vandenyne. Atrodo, kad molekulė mažina išlenktų membranų įtampą, todėl yra randama tokiuose dalykuose kaip chloroplastai, kuriuose sandariai supakuotoms membranoms reikalingas ypatingas kreivumas, – paaiškino Valentinas. Tam tikros cianobakterijos vis dar sintetina junginį, o kiti vandenyno mikrobai jį lengvai sunaudoja energijai.

Valentinas kartu su vyresniuoju mokslininku Christopheriu Reddy iš WHOI šiame puslapyje parašė dviejų puslapių komentarą ir nusprendė toliau temą tęsti su Arringtonu ir Love. Jie lankėsi Meksikos įlankoje 2015 m., Vėliau – vakarinėje Atlanto dalyje, kad rinktų pavyzdžius ir atliktų eksperimentus.

Komanda paėmė jūros vandenį iš mažai maistinių medžiagų turinčio Atlanto vandenyno regiono, vadinamo Sargaso jūra, pavadinta plaukiojančių sargassum jūros dumblių, įpūstų iš Meksikos įlankos, vardu. Tai gražus, skaidrus, mėlynas vanduo su Bermudų viduriu, – sakė Valentinas.

Paimti mėginius, matyt, buvo nemažos pastangos. Kadangi pentadekanas yra įprastas dyzelino angliavandenilis, komanda turėjo imtis papildomų atsargumo priemonių, kad būtų išvengta paties laivo užteršimo. Kapitonas laivą pasuko vėjyje, kad išmetamosios dujos negalėtų užteršti mėginių, ir jie išanalizavo dyzelino cheminį parašą, kad įsitikintų, jog jame nėra jokio rasto pentadekano.

Dar daugiau – niekas negalėjo rūkyti, gaminti maisto ar dažytis ant denio, kol tyrėjai kaupė jūros vandenį. – Tai buvo didelė problema, – pasakė Valentinas, – aš nežinau, ar ilgai buvai laive, bet tu tapai kiekvieną dieną. Tai panašu į „Auksinių vartų tiltą“: pradedate nuo vienos pusės, o kitoje – laikas pradėti iš naujo. “

Atsargumo priemonės pasiteisino ir komanda gavo nesugadintus jūros vandens mėginius. „Buvo aišku, kad mėginiai buvo švarūs be jokių dyzelino žymių priešais dujų chromatografą Woods Hole po 2017 metų ekspedicijos 2017 metais“, – sakė bendraautorius Love. „Pentadekanas buvo neabejotinas ir jau pirmuose pavyzdžiuose parodė aiškius okeanografinius modelius [we] nubėgo. “

Biologinis angliavandenilių ciklas

Viršutiniuose vandenyno sluoksniuose gaminamas ir vartojamas didelis kiekis pentadekano. Autorius: Davidas Valentine’as

Dėl didelio jų skaičiaus pasaulio vandenynuose Meilė tęsė: „tik dviejų rūšių jūrinių cianobakterijų rūšys per metus vandenyną sudaro iki 500 kartų daugiau angliavandenilių nei visų kitų rūšių naftos į vandenyną, įskaitant natūralius naftos išsiliejimus, suma. , naftos išsiliejimai, kuro išsiliejimas ir nuotėkis iš žemės. Šie mikrobai kartu gamina 300–600 mln. Tonų pentadekano per metus, o šis kiekis nyksta 1,3 mln. Tonų angliavandenilių, išsiskiriančių iš visų kitų šaltinių.

Nors šie kiekiai yra įspūdingi, jie yra šiek tiek klaidinantys. Autoriai pabrėžia, kad pentadekano ciklas užima 40% ar daugiau žemės paviršiaus ir kad daugiau nei vienas milijardas kvadrilijonų pentadekano įkrautų cianobakterijų ląstelių kabo saulės vandenyno pasaulio vandenyno regione. Tačiau tų ląstelių gyvenimo ciklas paprastai yra trumpesnis nei dvi dienos. Dėl to mokslininkai apskaičiavo, kad vandenyne bet kuriuo metu yra tik apie 2 milijonai tonų pentadekano.

Valentinas paaiškino, kad tai greitai besisukantis ratas, todėl faktinė suma bet kuriuo metu nėra ypač didelė. „Kas dvi dienas jūs gaminate ir suvartojate visą vandenyno pentadekaną“, – sakė jis.

Ateityje mokslininkai tikisi susieti mikrobų genomiką su savo fiziologija ir ekologija. Komanda jau turi dešimčių organizmų, kurie padaugėjo, kad sunaudotų pentadekaną savo mėginiuose, genomo diapazonus. „Ten esančios informacijos kiekis yra neįtikėtinas, – sakė Valentinas, – ir aš tiesiog galvoju, kiek mes nežinome apie daugelio organizmų, vartojančių angliavandenilius, ekologiją.

Patvirtinusi šio angliavandenilių ciklo egzistavimą ir mastą, komanda bandė išspręsti klausimą, ar jo buvimas gali būti vandenynas, kad suskaidytų išsiliejusį naftą. Pagrindinis klausimas, kurį paaiškino Arringtonas, yra tai, ar šie gausūs pentadekaną vartojantys mikroorganizmai yra turtas valant išsiliejusias naftas. Norėdami tai ištirti, jie į jūros vandenį, paimtą įvairiais atstumais nuo natūralios naftos Meksikos įlankoje, pridėjo pentano – naftos angliavandenilio, panašaus į pentadekaną.

Jie matavo bendrą kiekvieno mėginio kvėpavimą, kad sužinotų, kiek laiko pentaną valgantys mikrobai dauginasi. Tyrėjai iškėlė hipotezę, kad jei pentadekano ciklas iš tikrųjų paruoštų mikrobus vartoti ir kitus angliavandenilius, visi mėginiai turėtų sukurti tas pačias gėles.

Bet taip nebuvo. Netoli aliejaus esantys mėginiai greitai prasiskleidžia žiedus. „Maždaug per savaitę po to, kai buvo pridėtas pentanas, pamatėme gausų gyventojų skaičių“, – sakė Valentine. – Kuo toliau, tuo toliau, jūs vis lėtėja, kol būsite Šiaurės Atlante, galėsite laukti mėnesius ir niekada nematyti žydėjimo. Tiesą sakant, po ekspedicijos į objektą Woods Hole mieste, Masačusetse, Arringtonui teko likti toliau, kad tęstų eksperimentą su Atlanto vandenyno pabaisomis, nes žiedai užtruko tiek ilgai.

Biogeografinis gruntavimas

Pro vandenynus sklindantis pentadekano kiekis nyksta dėl angliavandenilių tiekimo iš naftos. Tačiau vargu ar mikrobai, dalyvaujantys pentadekano cikle, sugebės susidoroti su naftos angliavandenilių cheminiu sudėtingumu. Autorius: Davidas Valentine’as

Įdomu tai, kad komanda taip pat rado įrodymų, kad mikrobai, priklausantys kitai gyvenimo sričiai – Archaea, taip pat gali atlikti savo vaidmenį pentadekano cikle. „Mes sužinojome, kad grupę paslaptingų mikrobų, kurių gausu visame pasaulyje, tačiau kurie dar nebus moderuojami laboratorijoje, gali paskatinti pentadekanas paviršiniame vandenyne“, – sakė vienas iš pagrindinių autorių Arringtonas.

Rezultatai kelia klausimą, kodėl didžiulis pentadekano ciklas neturi įtakos naftos chemijos pentano skilimui. „Nafta skiriasi nuo pentadekano, – sakė Valentinas, – ir jūs turite suprasti, kokie yra skirtumai ir kokie junginiai iš tikrųjų sudaro aliejų, kad suprastumėte, kaip vandenyno mikrobai į tai reaguos.

Galiausiai genai, kuriuos mikrobai dažniausiai vartoja pentanui vartoti, skiriasi nuo tų, kurie naudojami pentadekanui. „Mikrobas, gyvenantis skaidriuose Bermudų vandenyse, susiduria su rečiau su naftos chemijos pentanu, palyginti su cianobakterijų gaminamu pentadekanu, todėl rečiau neša genus, skirtus vartoti pentaną“, – sakė Arringtonas.

Daugybė skirtingų mikrobų rūšių gali vartoti pentadekaną, tačiau tai nereiškia, kad jie gali vartoti ir kitus angliavandenilius, tęsė Valentinas, ypač turint omenyje įvairias angliavandenilių struktūras, esamas naftos. Jūrų organizmų, įskaitant pentadekaną ir metaną, yra mažiau nei keliolika įprastų angliavandenilių. Tuo tarpu nafta susideda iš dešimčių tūkstančių skirtingų angliavandenilių. Negana to, dabar matome, kad organizmai, galintys skaidyti sudėtingus naftos produktus, link natūralaus aliejaus dažniausiai gausėja.

Valentinas šį reiškinį vadina „biogeografiniu įėjimu“, kai vandenyno mikrobų populiacija priklauso nuo tam tikro energijos šaltinio konkrečioje geografinėje vietovėje. „Ir tai, ką matome atlikdami šį darbą, yra skirtumas tarp pentadekano ir naftos“, – sakė jis, – tai svarbu suprasti, kaip skirtingi vandenynų regionai reaguos į naftos nutekėjimą.

Mažai maistingų medžiagų turinčios giros, tokios kaip Sargaso jūra, užima 40% žemės paviršiaus. Bet jei mes ignoruosime šalį, ji vis tiek palieka 30% planetos kitiems biohidrogeninių angliavandenilių ciklams. Valentinas mano, kad procesai regionuose, kuriuose yra didesnis produktyvumas, bus sudėtingesni ir gali padėti suvartoti daugiau naftos. Jis taip pat atkreipė dėmesį į tai, kad gamtos planas biologinei angliavandenilių gamybai žada pastangas plėtoti naujos kartos ekologišką energiją.

Nuoroda: „Mikrobų angliavandenilių gamyba ir vartojimas pasaulio jūroje“, Connor R. Love, Eleanor C. Arrington, Kelsey M. Gosselin, Christopher M. Reddy, Benjamin AS Van Mooy, Robert K. Nelson ir David L. Valentine, 2021 m. Vasario 1 d Natūrali mikrobiologija.
DOI: 10.1038 / s41564-020-00859-8

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Saulės energijos veiklos nepastovumą galėtų kompensuoti Žemės planetos magnetinis laukas

2015 m. Gegužės mėn. Saulė per penkias dienas suvaidino maždaug tuziną aktyvių zonų. Ryškios spalvos pluoštai, sklindantys iš šių aktyvių regionų, yra dalelės,...

Didžiausias Australijos dinozauras – Pietų Titanas – ką tik buvo įrašytas į rekordą!

Australotitan cooperensis, „Pietų Titanas arba Cooperis“. Autorius: Vladas Konstantinovas, Scottas Hocknullas © Eromangos gamtos istorijos muziejus Kiek aukšta yra krepšinio aikštelė, aukštesnė už b-dublius...

Žmonių nulemta klimato kaita yra tik pusė Antarkties kriliaus paveikslo

Antarkties krilasi, Euphausia superba. Autorius: Uwe Kils / Wikipedia Apskaičiuota, kad šiame amžiuje krilių populiacija buveinių centre Antarktidoje sumažėjo apie 30% dėl plačiai paplitusio...

Kokia tavo pirmoji idėja? Remiantis naujais tyrimais, galėtų prasidėti pustrečio amžiaus

Naujas tyrimas ir dešimtmečių duomenų apžvalga laikrodžio atmintį nustūmė už metų ribų, tačiau tyrimas įrodo, kad visi yra skirtingi. Naujas tyrimas rodo, kad vidutiniškai pirmojo...

Naujasis „Ultrathin Liquid Liquid Crystal Metalens“ siūlo elektrinį padidinimą

Cornell հայ „Samsung“ inžinierių sukurtas ultragarso, elektra valdomų metalų konceptualus perteikimas. Paskola Danieliui Schilkinui Kornelio taikomosios inžinerijos mokyklos tyrėjai's „Samsung“ pirmaujantis technologijų institutas sukūrė...

Newsletter

Subscribe to stay updated.