巨大的烃周期发现世界上的海洋

碳氢化合物在环境科学和石油几乎是同义的。毕竟,石油储量占几乎所有我们遇到的碳氢化合物。但一些碳氢化合物,他们的起源可以追溯到生物来源可能比科学家原先怀疑扮演更重要的生态作用。

加州大学圣芭芭拉分校的一个研究小组和伍兹霍尔海洋研究所的海洋调查这个以前被忽视的地区的一个被忽视的全球循环的迹象。他们还测试了它的存在如何影响海洋的应对石油泄漏。

“我们证明是一个巨大和快速烃循环发生在海洋,和它是不同的从海洋石油输入响应的能力,”大卫·瓦伦丁(外部链接)教授说,握着诺里斯总统椅子在UCSB地球科学学系。领导的研究,他的研究生埃莉诺·阿灵顿(外部链接)和康纳爱(外部链接),发表在《微生物学(外部链接)。

2015年,一个国际研究小组由剑桥大学的科学家发表了一项研究,论证了烃十五烷是由海洋蓝细菌在实验室文化。研究人员推测,这种化合物可能是重要的海洋中。弯曲膜分子似乎缓解压力,诸如叶绿体中发现,在紧密膜需要极端的曲率,情人节解释说。某些蓝藻仍然合成化合物,而其他海洋微生物容易消耗能量。

情人节撰写两页的评论,从伍兹霍尔连同克里斯Reddy,决定追求进一步的阿灵顿和爱的主题。他们在2015年访问墨西哥湾,然后2017年大西洋西部,收集样本和运行实验。

团队从贫瘠地区的大西洋海水采样被称为马尾藻海,漂浮命名的海藻海带卷从墨西哥湾。清楚,这是美丽的蓝色的水与百慕大打在中间,瓦伦丁说。

显然是一个相当棘手的努力获得样品。因为十五烷是一种常见的烃在柴油,团队不得不采取额外的预防措施,避免污染从船上本身。船长把船变成了风排气不污染样品,他们分析了柴油的化学成分以确保它没有任何十五烷他们发现的来源。

更重要的是,没有人可以抽烟,库克或油漆在甲板上,而研究人员收集海水。“这是一个大问题,”情人节说,“我不知道你曾经在一艘在较长一段时间,但是你每天都画画。这就像金门大桥:你从一端开始,当你到达另一端是重新开始的时候了。”

预防措施工作,团队恢复原始海水样本。“站在前面的气相色谱仪在伍兹霍尔在2017年探险之后,很明显样本清洁没有柴油的迹象,”说,该研究的爱。“十五烷是明确无误的,已经显示出明确的海洋模式甚至在第一夫妇的样品(我们)跑。”

由于大量的海洋,爱继续说道,“只是两种海洋蓝细菌是500倍的碳氢化合物添加到海洋每年比其他类型的石油输入的总和海洋,包括自然渗油、漏油,燃料倾倒和径流从土地。”These microbes collectively produce 300-600 million metric tons of pentadecane per year, an amount that dwarfs the 1.3 million metric tons of hydrocarbons released from all other sources.

虽然这些数量令人印象深刻,他们有点误导。作者指出,十五烷周期跨越40%或更多的地球的表面,和一千亿亿亿多名pentadecane-laden蓝藻细胞悬浮在阳光照射的区域海洋的世界。然而,这些细胞的生命周期通常是不到两天。结果,研究人员估计,海洋只包含大约200万公吨的十五烷在任何给定的时间。

情人节解释说,这是一个快速旋转的轮子,所以实际存在在任何时候不是特别大。“你每两天就生产和消费中的所有十五烷海洋,”他说。

在未来,研究人员希望将微生物的生理和生态基因组学。团队已经对许多生物基因组序列,增加消费的十五烷样品。”的信息量有令人难以置信的,”情人节说,“我想显示多少我们不知道的生态很多hydrocarbon-consuming生物。”

有确认的存在和大小biohydrocarbon周期,团队试图解决的问题,它的存在是否会'海洋分解石油泄漏。阿灵顿解释说,问题的关键在于这些丰富pentadecane-consuming微生物作为资产在石油泄漏清理。研究这个问题,他们说戊烷——类似于十五烷的石油烃——海水采样在不同距离自然渗油墨西哥湾。

他们在每个样品测量整个呼吸用了多长时间pentane-eating微生物繁殖。研究人员猜测,如果十五烷周期真正具备微生物消耗其他碳氢化合物,然后所有的样品应该培养花朵与出口增速。

但事实并非如此。附近的样本渗油快速发达的花朵。“添加戊烷大约一个星期内,我们看到了丰富的人口发展,“情人节说。”,变得越来越慢越远,直到当你在北大西洋,你可以等待几个月,从来没有看到开花。”In fact, Arrington had to stay behind after the expedition at the facility in Woods Hole, Massachusetts to continue the experiment on the samples from the Atlantic because those blooms took so long to appear.

有趣的是,该小组还发现证据表明微生物属于另一个域的生活,古生菌,可能在十五烷周期中也扮演了一定的角色。“我们了解到,一组神秘,全球丰富的微生物——尚未在实验室驯化,可能受十五烷在海洋表面,”该研究阿灵顿说。

结果求问为什么一个巨大的十五烷的存在周期似乎没有影响石化戊烷的分解。“石油不同于十五烷,”情人节说,“你需要理解的差异是什么,和化合物实际上石油、了解海洋的微生物会如何应对。”

最终,基因常用的微生物消耗比用于十五烷戊烷是不同的。“微生物生活在清晰的水域海上百慕大是不太可能遇到石化戊烷与蓝藻产生的十五烷相比,因此不太可能携带基因的戊烷消费,”阿灵顿说。

加载不同的微生物物种十五烷可以使用,但这并不意味着他们还可以使用其他碳氢化合物,情人节持续,特别是在石油碳氢化合物结构的多样性存在。有不到十几个常见的海洋生物产生的碳氢化合物,包括十五烷和甲烷。与此同时,石油由成千上万的不同的碳氢化合物。更重要的是,现在我们看到,微生物能分解复杂的石油产品倾向于住在附近更丰富自然渗油。

情人节所说的这种现象“生物地理的启动”——当海洋的微生物种群的一个特定的能源在一个特定的地理区域。”,我们所看到的这个工作是一个区分十五烷和石油,”他说,“这很重要对于理解不同的海洋区域将如何应对石油泄漏。”

营养物环流像马尾藻海令人印象深刻的占地球表面的40%。但是,忽略了土地,仍有30%的行星探索其他biohydrocarbon周期。情人节认为更高的生产率的地区过程将更复杂,或许将为石油消费提供更多的启动。他还指出,自然界的生物蓝图烃生产持有承诺努力开发新一代的绿色能源。

参考
爱CR,阿灵顿EC, Gosselin公里,et al .微生物碳氢化合物的生产和消费在全球海洋。微生物学性质。2月1日在线发表2021:1-10。doi:10.1038 / s41564 - 020 - 00859 - 8

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