Vědci objevují obrovský cyklus uhlovodíků v globálním oceánu

Vědci získávají vzorky vody ze vody Saragasso. Uznání: David Valentine

Uhlovodíky a ropa jsou téměř synonymem věd o životním prostředí. Koneckonců, zásoby ropy tvoří téměř všechny uhlovodíky, na které narazíme. Těch pár uhlovodíků, které odkazují na biologické zdroje, může hrát větší ekologickou roli, než vědci původně předpokládali.

Tým vědců z UC Santa Barbara Institute a Woods Hall Oceanographic Institute (WHOI) zkoumal tuto dříve opomíjenou oceánografickou oblast kvůli známkám světového cyklu, který byl ignorován. Zkoumali také, jak by jeho existence mohla ovlivnit reakci oceánu na ropné skvrny.

„Prokázali jsme, že v oceánu dochází k masivnímu a rychle se pohybujícímu uhlovodíkovému cyklu a že se liší od schopnosti oceánu reagovat na ropnou pozornost,“ řekl profesor David Valentine, který je prezidentem Norris na oddělení Země. UCSB. Studie vedená postgraduálními studenty Eleanor Arringtonovou a Conorem Loveem se objevuje v Přírodní mikrobiologie.

V roce 2015 zveřejnil mezinárodní tým vedený vědci z University of Cambridge studii prokazující, že uhlovodíkový pentrucan byl produkován mořskými sinicemi v laboratorních kulturách. Vědci navrhli, že tato sloučenina může být v oceánu důležitá. Zdá se, že molekula uvolňuje stres v zakřivených membránách, takže se vyskytuje ve věcech, jako jsou chloroplasty, kde dobře zabalené membrány vyžadují extrémní zakřivení, vysvětlil Valentine. Některé sinice stále syntetizují sloučeninu, zatímco jiné bakterie v oceánu ji snadno spotřebovávají na energii.

Valentine pro tento článek vytvořil dvoustránkovou publikaci, spolu s vedoucím vědeckým pracovníkem Christopherem Reddym z WHOI, a rozhodl se v tomto tématu pokračovat dále pomocí Arrington a Love. Navštívili Mexický záliv v roce 2015, poté Atlantický západ v roce 2017, aby odebrali vzorky a provedli experimenty.

Tým modeloval mořskou vodu z oblasti chudé na živiny v Atlantském oceánu známé jako Saragasovo moře, pojmenované pro plovoucí mořské řasy zarga, které se vznášely z Mexického zálivu. Je to krásná voda, čistá a modrá, a Bermudy udeří uprostřed, řekla Valentine.

Získání vzorků bylo pravděpodobně poměrně komplikované úsilí. Protože pentagram je běžný uhlovodík v naftě, musela posádka přijmout další opatření, aby zabránila kontaminaci ze samotné lodi. Nechali kapitána obrátit loď na vítr, aby emise nepoškodila vzorky, a analyzovali chemický podpis nafty, aby se ujistili, že to není zdroj žádného pentadcanu, který našli.

A co víc, nikdo nemohl kouřit, vařit nebo malovat na palubě, zatímco vědci shromažďovali mořskou vodu. „Byl to velký problém,“ řekl Valentine, „nevím, jestli jsi někdy byl na lodi dlouho, ale maluješ každý den. Je to jako most Golden Gate: začínáš na jednom konci a čas, kdy se dostanete na druhý konec, je čas začít znovu. “

Opatření fungovala a posádka vrátila nedotčené vzorky mořské vody. „Když jsem po expedici v roce 2017 stál před plynovým chromatografem ve Woods Hall, bylo jasné, že vzorky byly čisté bez známek nafty,“ řekl spoluautor otci. „Pentadekan se nemůže mýlit a již v prvních několika ukázkách ukázal jasné oceánografické vzory [we] běh. “

Biologický uhlovodíkový cyklus

V horních vrstvách oceánu se vyrábí a spotřebovává značné množství pentadekanu. Uznání: David Valentine

Kvůli jejich naprostému počtu v globálním oceánu Láska pokračovala: „Pouze dva druhy mořských sinic přidávají do oceánu 500krát více uhlovodíků ročně než celkový počet ostatních druhů ropy vstupujících do oceánu, včetně přírodního oleje. skládkování paliva a odtok z pevniny. “Tyto bakterie. Souhrnně produkují 300–600 milionů tun Pentadekanu ročně, což je množství, které převyšuje 1,3 milionu tun uhlovodíků uvolňovaných ze všech ostatních zdrojů.

I když jsou tato množství působivá, jsou trochu zavádějící. Autoři poznamenávají, že cyklus Pentadecane se rozprostírá na více než 40% zemského povrchu a více než bilion quadrillion cyanobakteriálních buněk nabitých Pentadecane je suspendováno v oblasti osvětlené slunečním svitem globálního oceánu. Životní cyklus těchto buněk je však obvykle kratší než dva dny. Výsledkem je, že vědci odhadují, že oceán obsahuje jen asi 2 miliony tun pentadekanu v daném okamžiku.

Je to rychle se točící kolo, vysvětlil Valentine, takže skutečné skutečné množství v kterémkoli okamžiku není nijak zvlášť velké. „Každé dva dny produkujete a konzumujete veškerý pentagram v oceánu,“ řekl.

V budoucnu vědci doufají, že spojí genomiku bakterií s jejich fyziologií a ekologií. Tým již má genomové sekvence pro desítky organismů, které se množí, aby ve svých vzorcích konzumovaly Pentadekan. „Množství informací je neuvěřitelné,“ řekl Valentine, „a myslím, že to odhaluje, kolik toho nevíme o ekologii mnoha organismů, které konzumují sacharidy.“

Po potvrzení existence a síly tohoto biohlovodíkového cyklu se tým snažil odpovědět na otázku, zda by jeho přítomnost mohla vyvinout oceán v rozpadající se rozlitou ropu. Klíčovou otázkou, vysvětlil Arrington, je, zda hojné pentadekanové mikroorganismy slouží jako aktivum během čištění ropné skvrny. Aby to prozkoumali, přidali mořskou vodu odebranou v různých vzdálenostech od přirozeného prosakování oleje v Mexickém zálivu Fentan – uhlovodíkový olej podobný Pantecanu.

Změřili celkové dýchání u každého vzorku, aby zjistili, jak dlouho trvá množení bakterií a konzumace pantenu. Vědci předpokládali, že pokud cyklus pentadekanu skutečně spustí bakterie pro příjem jiných sacharidů, pak by se u všech vzorků měla vyvinout vyrážka podobnou rychlostí.

Ale nebylo tomu tak. Detailní příklady oleje pronikají rychlou vyrážkou. „Asi za týden po přidání Pantene jsme zaznamenali rozvoj hojné populace,“ řekla Valentine. „A čím dál, tím je to pomalejší a pomalejší, dokud nebudete v severním Atlantiku, můžete počkat měsíce a nikdy neuvidíte vyrážku.“ Ve skutečnosti byl Arrington po expedici do zařízení ve Woods Hall v Massachusetts nucen zůstat pozadu, aby pokračoval v experimentování na exemplářích z Atlantiku, protože tyto květiny se objevily tak dlouho.

Začněte s biogeografií

Množství pentadilinů procházejících oceány převyšuje vstup uhlovodíků z ropy. Je však pravděpodobné, že bakterie zapojené do cyklu pentadekanu nejsou schopny zvládnout chemickou složitost uhlovodíků z ropy. Uznání: David Valentine

Je zajímavé, že tým také našel důkazy o tom, že bakterie patřící do jiné oblasti života, archea, mohou také hrát roli v cyklu Pentadecane. „Dozvěděli jsme se, že skupinu záhadných a hojných bakterií po celém světě – které dosud nebyly v laboratoři domestikovány – může pohánět Pentadecane na povrchu oceánu,“ uvedl spoluautor Arrington.

Výsledky vyvolávají otázku, proč se zdá, že existence obrovského cyklu pentadekanu nemá žádný vliv na rozklad petrochemického pentanu. „Ropa se liší od pentadekanu,“ řekl Valentine, „a musíte pochopit, jaké jsou rozdíly a jaké sloučeniny ve skutečnosti ropu tvoří, abyste pochopili, jak na ni budou reagovat bakterie v oceánu.“

A konečně, geny běžně používané pro bakterie ke konzumaci pentanu se liší od genů používaných pro pentadekan. „Bakterie, která žije v čisté vodě před Bermudami, se méně často setká s petrochemickým pentanem ve srovnání s pentadekanem produkovaným sinicemi, takže je méně pravděpodobné, že bude nést geny pro spotřebu pentanu,“ uvedl Arrington.

Mnoho různých mikrobiálních druhů může pentadekan konzumovat, ale to neznamená, že mohou konzumovat i jiné uhlovodíky, pokračoval Valentine, zejména vzhledem k rozmanitosti uhlovodíků přítomných v oleji. Existuje méně než tucet běžných uhlovodíků produkovaných mořskými organismy, včetně pentadekanu a metanu. Mezitím se ropa skládá z desítek tisíc různých uhlovodíků. Kromě toho nyní vidíme, že organismy schopné rozložit složité ropné produkty mají tendenci žít ve větším množství a pronikat přírodním olejem.

Valentine tento jev nazývá „biogeografický začátek“ – když mikrobiální populace v oceánu závisí na konkrétním zdroji energie v konkrétní zeměpisné oblasti. „A to, co v této práci vidíme, je rozdíl mezi pentadekanem a ropou,“ řekl, „a je důležité si uvědomit, jak budou různé oceánské oblasti reagovat na ropné odpady.“

Výpary s nízkým obsahem živin, jako je Saragasovo moře, tvoří působivých 40% zemského povrchu. Ignorováním Země však stále ponechává 30% Země, aby prozkoumala další cykly biohlovodíků. Valentine si myslí, že procesy v oblastech s vyšší produktivitou budou složitější a mohou poskytnout větší začátek spotřeby ropy. Poznamenal také, že přírodní program pro výrobu biologických uhlovodíků zahrnuje úsilí o vývoj nové generace zelené energie.

Odkaz: „Mikrobiální produkce a spotřeba uhlovodíků v globálním oceánu“ od Conora R. Láska, Eleanor C. Arringtonová, Kelsey M. Goslinová, Christopher M. Reddy, Benjamin S. Van Moy, Robert K. Nelson a David L. Valentýn, 1. února 2021, Přírodní mikrobiologie.
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

Hojnost života v korálových útesech je záhadná již od dob Charlese Darwina – nový výzkum poskytuje odpovědi

Ryby krmící plankton často kontrolují shromáždění ryb v oceánských korálových útesech. Uznání: Dr. Christina Skinner Studie odhaluje otevřenou mořskou vodu, která byla dříve považována...

Vysvětlují mladiství „tyrani“ – potomci masožravých dinosaurů nedostatek rozmanitosti dinosaurů?

Nový výzkum naznačuje, že potomci obrovských masožravých dinosaurů, jako je Tyrannosaurus rex, mohli zásadně přetvořit svá společenství překonáním menších konkurenčních druhů. Fotografický kredit:...

Datové limity mohou zmizet s novými optickými anténami – „světelné kroužky“

Vědci z Kalifornské univerzity v Berkeley našli nový způsob řízení vlastností světelných vln, který by mohl radikálně zvýšit množství dat, která přenášejí. Ukázali...

Odhalení vzácného ošetření mrtvoly „Mud Carapace“ pro egyptské mumie – a případ falešné identity

Mumifikovaná osoba a rakev ve sbírce Nicholson Collection v muzeu křídla Chau Chak, University of Sydney. A. Mumifikovaný jedinec zabalený v moderním pouzdře...

Asteroidový prášek nalezený v kráteru uzavírá případ o tom, co zabilo dinosaury

Vědci se domnívají, že jednoznačným spojením toho, co dinosaury zabilo jejich vyhynutí, s asteroidem, který zasáhl Zemi před 66 miliony let, našli klíčový důkaz:...

Newsletter

Subscribe to stay updated.