Ipinaliwanag ng mga Siyentista ang Misteryo ng Methane Sea Sotope

Ang pag-sample sa ROV sa bahay ng investigative virus, Guaymas-Beckens. Kredito: Woods Hole Oceanographic Center

Bakit ang mga methane carbon isotopes sa malalim na dagat ay kumilos sa ibang paraan kaysa sa inaasahan.

Malalim sa karagatan ang mga anaerobic microbes ay kumakain ng maraming methane, isang malakas na gas na nakakaganyak ng init sa pagpasok nito sa himpapawid. Bagaman ang prosesong ito ang pinakamahalagang kadahilanan sa pag-ikot ng carbon sa lupa, nauunawaan pa rin nito nang mabuti. Si Gunter Wegener mula sa Max Planck Institute para sa Marine Microbiology at MARUM, Center para sa Marine Environmental Science, Bremen, Germany, at Jonathan Gropp mula sa Weizmann Institute of Science sa Rehovot, Israel, ay nakakita na ngayon ng solusyon sa isang matagal nang problema: bakit ang methane carbon isotopes ay kumikilos sa ibang-iba kaysa sa inaasahan. Kasama ang kanilang mga kasosyo na sina Heidi Taubner, Itay Halevy, at Marcus Elvert ay nagdala ng feedback sa magazine Pagsulong sa Siyentipiko.

Microbial ANME Consortium

Ang mikrobial consortia ng anaerobic methane oxidizing archaea na may mga red spot at bacteria na nauugnay sa sulpate ay nagpapalubha sa berdeng kasosyo. Ang white scale bar ay nagmamarka ng 10 μm. Utang: Max Planck Institute para sa Marine Microbiology / V. Krukenberg

Ang Methane, isang kemikal na tambalan at molekular na formula CH4, ay hindi lamang isang malakas na greenhouse gas, kundi pati na rin isang mahalagang mapagkukunan ng enerhiya. Sinusunog nito ang aming mga tahanan, kahit na ang mga sea urchin na kumakain sa kanila. Gumagamit ang bakterya ng proseso na tinatawag na anaerobic oxidation of methane (AOM), na pangunahing nangyayari sa karagatan sa mga lugar na tinawag na sulpate na nagbabago ng sulpate-methane – mga layer sa dagat kung saan ang sulpate mula sa tubig dagat ay halo sa methane mula sa isang malalim na sangkap. Dito, ang mga espesyal na mikroorganismo, ANaerobically MEthane-oxidizing (ANME) archaea, kumakain ng methane. Nakatira sila sa malapit sa bakterya, na gumagamit ng mga electron na inilabas sa panahon ng methane oxidation upang mabawasan ang sulpate. Sa layuning ito, ang mga nilalang na ito ay bumubuo ng isang kapansin-pansin na consortia.

Ang prosesong ito ay nagaganap sa buong mundo sa dagat at isang mahalagang bahagi ng pag-ikot ng carbon. Gayunpaman, ang pag-aaral ng proseso ng AOM ay mahirap dahil mabagal ang tugon. Para sa pagsasaliksik nito, ang mga mananaliksik ay madalas na gumagamit ng isang kemikal na kakayahan: ang mga konsentrasyon ng isotope batay sa methane. Ngunit sa kasamaang palad, ang mga isotop na ito ay hindi laging ginagawa tulad ng inaasahan, na humantong sa isang malaking pagkalito tungkol sa papel at pag-andar ng bakteryang kasangkot. Ngayon ang mga mananaliksik mula sa Max Planck Institute para sa Marine Microbiology at MARUM – Center para sa Marine Environmental Science sa Alemanya at mga kasamahan mula sa Weizmann Institute of Science sa Israel ay nalutas ang misteryo ng isotope na ito at nai-publish ang kanilang mga natuklasan sa mga journal. Pagsulong sa Siyentipiko. Binubuksan nito ang paraan para sa isang mas mahusay na pag-unawa sa mahalagang proseso ng anaerobic methane oxidation.

Isotopes ihayag ang mga tugon

Detalye ng palaisipan at ang solusyon nito: Ang mga isotopes ay magkakaiba sa “mga bersyon” ng tampok na may iba’t ibang mga puwersa. Ang mga object isotop ay may parehong bilang ng mga proton (mahusay na sisingilin na mga particle) sa nucleus at samakatuwid ay ang parehong posisyon sa talahanayan ng oras (eye topos = Greek, parehong lugar). Gayunpaman, naiiba ang mga ito sa bilang ng mga neutron (mga neutral na partikulo) sa nucleus. Halimbawa, ang carbon ay may dalawang matatag, simpleng mga isotop 12C at mabigat 13C. Bilang karagdagan, mayroong isang karaniwang radioactive isotope 14C, ang pinaka-hindi pangkaraniwang uri ng carbon na ginamit upang matukoy ang edad ng mga materyal na nagdadala ng carbon. Bagaman magkatulad ang mga kemikal na katangian ng dalawang matatag na mga isotope, magkakaiba ang mga pagkakaiba sa mga epekto ng timbang sa iba’t ibang mga rate ng reaksyon. Kapag tumutugon ang mga compound ng kemikal, ang mga may simpleng isotopes ay kadalasang mabilis na na-convert, na nag-iiwan ng isang mabibigat na pagkakaiba-iba sa paunang reaksyon. Ang pagbabago sa pagbuo ng isotopic ay kilala bilang isotopic fractionation, at ginamit ito ng mga dekada upang subaybayan ang mga reaksyong kemikal. Sa kaso ng methane oxidation, nangangahulugan ito 12Ang C-methane ay lubos na natupok, na humahantong sa pagpapayaman ng 13C sa natitirang banig. Sa kabilang banda, ang mababang methanegenesis ay maaaring humantong sa napaka-simpleng methanegenesis. “Ang katotohanan, gayunpaman, ay nakakagulat na magkakaiba,” ulat ni Gunter Wegener. “Taliwas sa teoryang inilarawan sa itaas, may posibilidad kaming makahanap ng napakasimpleng methane sa sulpate na sulpate-methane na nababaluktot.”

Guaymas Basin Hydrothermal Vents

Ang Guaymas Basin ventrrmalmal vents – “tahanan” ng methane-oxidizing ay nag-aral ng mga mikroorganismo. Ang mga microorganism na nagmamahal sa init ay lumalaki nang maayos sa ilalim ng kulay kahel na microbial sa likuran. Ang mataas na temperatura ng tumataas na tubig ay nakakubli sa mga bahagi ng imahe. Kredito: Woods Hole Oceanographic Center

Hindi sumusunod ang kalikasan sa isang aklat: Magaan na methane sa pagbabago ng mga lugar ng sulpate-methane

Ang mga karamdaman na ito ay nagtataas ng mga katanungan, tulad ng: Ang methane ba ay hindi natupok doon, ngunit ito ay ginawa? At sino, kung hindi karamihan sa ANME archaea, ang dapat harapin ito? “Sa aking lab mayroon kaming pinakamalaking koleksyon ng mga kultura ng kulturang ANME sa buong mundo. Doon maaari nating subukang alamin kung ang mga elemento ng methane oxidizers mismo ay maaaring magbigay ng kontribusyon sa pagbuo ng simpleng methane, “patuloy ni Wegener. “Ang mga paunang resulta ay nabawasan: Sa mas mataas na konsentrasyon ng sulpate na karaniwang matatagpuan sa tubig ng dagat, ang mga may sapat na mikroorganismo ay kumilos ayon sa panitikan. Ang natitirang methane na binuo sa mabibigat na mga isotopes.” Gayunpaman, kung ang mga katulad na pagsubok ay ginaganap na may mas kaunting sulpate, ang methane ay napayaman dito. 12C, madali lang iyon. At ito ay sa kabila ng katotohanang ang methane ay nagpatuloy na ginamit nang sabay-sabay – ang resulta ay sa unang tingin ay medyo wala sa lugar.

Ang pagkakaroon ng sulpate ay kinokontrol ang mga epekto ng isotopes sa AOM

Kaya paano nila maipapaliwanag ang abnormal na pag-uugali ng methane isotopes? Si Jonathan Gropp at ang kanyang tagapagturo na si Itay Halevy mula sa Weizmann Institute of Science sa Israel ay gumugol ng maraming taon sa pag-aaral ng mga epekto ng isotope sa microbial metabolism, kabilang ang methanogenesis – isang tugon na naiimpluwensyahan ng mga enzyme na katulad ng anaerobic oxidation methane (AOM). Samakatuwid, sila ay isang mabuting kasosyo para sa pangkat sa Bremen. “Ang parehong proseso ay batay sa parehong paglitaw ng pitong pamamaraan,” sabi ni Gropp. “Naunang ipinakita ang pananaliksik na ang lahat ng mga reaksyong ito ay maaaring baligtarin, na nangangahulugang maaari silang mangyari sa parehong lugar. Ang bawat reaksyon ay may sariling mga isotope effects. “Sa tulong ng modelo, naipakita ni Gropp na, depende sa dami ng magagamit na sulpate, ang bahagyang reaksyon ay maaaring mabago sa iba’t ibang degree. Maaari itong humantong sa isang sitwasyon kung saan ang mga hindi mabibigat na mabibigat na isotop ay naiwan ngunit na-trap sa kadena ng reaksyon, habang ang magaan na mga isotop ay itinulak pabalik sa methane. “Ang bakterya ay nais na gawin ito ngunit limitado sa na dahil sa mababang konsentrasyon ng sulpate,” paliwanag ni Dropp, na idinagdag na “Ang aming dinisenyo na modelo ay umaangkop nang maayos sa pagsubok ng isotope.”

Mahabang oras sa laboratoryo at sa harap ng isang computer pay mananaliksik. Sa pamamagitan ng kanilang pag-aaral, maaaring ipakita ni Wegener, Gropp at mga kasamahan kung paano nakakakuha ng mga resulta ng AOM 13Ang natapos na banig ng C. Ang mga eksperimento na may mababang sulpate ay partikular na nagpapakita ng mabuti sa mga kondisyon sa likas na kapaligiran ng mga mikroorganismo, ang nagbabago na mga lugar ng asupre-methane sa dagat. Doon, ang mga mikroorganismo ay karaniwang umunlad na may kaunting halaga lamang ng sulpate, tulad ng mga eksperimento sa mababang sulpate. “Alam na natin ngayon na ang methane oxidizers ay maaaring makontra ang pagbuo ng mga simpleng isotopes sa methane sa sulpate-methane na pabagu-bago ng isip na mga kapaligiran. Hindi kinakailangan ang methanogenesis para doon. Tulad ng hinala namin, ang ANME ay isang methane oxidizers, “pagtapos ni Marcus Elvert, ang huling may-akda ng kasalukuyang pag-aaral. Ngayon ang mga mananaliksik ay handa na para sa susunod na hakbang at nais malaman kung ang iba pang mga reaksyon ay nagpapakita ng parehong mga epekto ng isotope.

Sanggunian: “Ang pagbabaligtad na nakasalalay sa sulpate ng cellular na tugon ay naglalarawan ng mga antagonistic na epekto ng isotope sa anaerobic oxidation ng methane” nina Gunter Wegener, Jonathan Gropp, Heidi Taubner, Itay Halevy at Marcus Elvert, 5 Mayo 2021, Pagsulong sa Siyentipiko.
SEKSYON: 10.1126 / sciadv.abe4939

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Ang Koponan sa Underwater Archeology ay Nakahanap ng 9,000-Taong-Taong Mga Bato ng Artifact

Kredito: Unibersidad ng Texas sa Arlington Ang pangkat ng arkeolohiya sa ilalim ng dagat ay natagpuan ang mga sinaunang obsidian na natuklap na 2,000 milya...

Nabawasan ang Panganib sa Kanser Kabilang sa Mga Pasyente sa Pagkabigo ng Puso na Gumagamit ng Statins

Ang paggamit ng Statin ay na-link sa isang pinababang panganib ng cancer sa mga pasyente na may kabiguan sa puso. Kredito: European Heart...

Tagumpay sa Teknolohiya ng Ultrathin para sa Revolution ng Night Vision – “Ginawa Namin ang Hindi Makikita”

Sinabi ni Dr. Rosso Camacho Morales na ang mga mananaliksik ay "hindi nakikita, nakikita." May-akda: Jamie Kidston, Australian National University Hayaan may ilaw! ...

Kapag Kakulangan sa Trabaho ng mga empleyado, Nakakuha sila ng Paranoid – At Aggressive

Kung ang mga empleyado ay walang kapangyarihan sa lugar ng trabaho, maaari silang makaramdam ng mahina at paranoid. Sa halip, ang paranoia na...

Ang kabuuang solar eclipses ay nag-iilaw sa solar wind

Pinapayagan ng mga espesyal na filter na masukat ang mga siyentipiko ng iba't ibang mga temperatura sa corona sa panahon ng pangkalahatang mga eclipse...

Newsletter

Subscribe to stay updated.