Forskere opdager dybe mikrobers nøglebidrag til jordens kulstofkredsløb

Kulbrinter spiller nøgleroller i atmosfærisk og biogeokemi, energiøkonomien, og klimaændringer. De fleste kulbrinter dannes i anaerobe miljøer gennem høj temperatur eller mikrobiel nedbrydning af organisk stof. Mikroorganismer kan også "spise" kulbrinter under jorden, forhindre dem i at nå atmosfæren. Ved hjælp af en ny teknik udviklet på Earth-Life Science Institute (ELSI), et internationalt hold ledet af Tokyo Institute of Technology-professorerne Alexis Gilbert, Naohiro Yoshida og Yuichiro Ueno viser, at biologisk kulbrintenedbrydning giver en unik biologisk signatur. Disse fund kan hjælpe med at opdage biologi under overfladen og forstå kulstofcyklussen og dens indvirkning på klimaet.

Menneskeheden udnytter Jordens store reservoirer af kulbrinter som en af ​​dets vigtigste energikilder. De måder, hvorpå kulstof fixeres og behandles under dannelsen af ​​disse reservoirer, har vigtige konsekvenser for ressourceudforskning. Ud over, frigivelsen af ​​kulbrinter fra jordens underjordiske reservoirer kan have vigtige konsekvenser for jordens klima, da lette kulbrinter såsom metan er potente drivhusgasser. Forskere vil gerne forstå den potentielt vigtige rolle, Jordens enorme underjordiske biosfære kan spille i dybe kulbrintereservoirers adfærd. Til dato, det har været svært at anslå, hvor meget kulbrinter der er blevet påvirket af mikroorganismer under overfladen.

Gilbert og kolleger overvandt denne vanskelighed ved at bruge en ny metode udviklet på ELSI, der muliggør måling af positionsspecifikke stabile kulstofisotopforhold. Kulbrinter er for det meste lange kæder af kulstofatomer bundet til brintatomer, men kulstof har to naturligt rigelige isotoper (typer af kulstofatomer med forskelligt antal neutroner, og dermed forskellige masser, som kan måles), kulstof-12 ( ¹² C) og kulstof-13 ( ¹³ C). På grund af den måde, organismer danner de molekyler på, der i sidste ende bliver til miljømæssige kulbrinter, forholdet mellem ¹² C/ ¹³ C for hver specifik carbonatomposition i et carbonhydrid kan være unik. Forskningen her fokuserede på propan, et naturgas -carbonhydridmolekyle indeholdende tre carbonatomer.

Forskerne fodrede propan til mikroorganismer i laboratoriet for at måle det specifikke ¹² C/ ¹³ C-signatur producerede disse organismer, og målte de ikke-biologiske ændringer, der opstod, når propan nedbrydes ved høje temperaturer, en proces kendt som "revner". De brugte derefter disse basislinjemålinger til at fortolke naturgasprøver fra USA, Canada og Australien, tillader dem at detektere tilstedeværelsen af ​​mikroorganismer ved hjælp af propan som "mad" i naturgasreservoirer, og at kvantificere mængden af ​​kulbrinter spist af mikroorganismer. "Da jeg begyndte at analysere prøver fra de bakterielle simuleringseksperimenter, de matchede perfekt, hvad vi observerede i felten, tyder på tilstedeværelsen af ​​propan-nedbrydende bakterier i naturgasreservoirerne, "Bemærkede Gilbert. Således denne undersøgelse afslørede tilstedeværelsen af ​​mikroorganismer, som ville have været svære at opdage ved hjælp af konventionelle metoder, og åbner et nyt vindue til at forstå global kulbrintekredsløb.

"Jeg var især interesseret i at dechifrere biologiske fra ikke-biologiske processer relateret til organiske molekyler. Dette spørgsmål har betydning for livets oprindelse, til påvisning af liv i universet, men også for vores forståelse af biosfæren og dens udvikling på Jorden, "siger Gilbert. Denne undersøgelse har også vigtige konsekvenser for de globale klimaændringer, da propan og andre kulbrinter er drivhusgasser og forurenende stoffer. Selvom holdet ikke forsøgte at kvantificere, hvor meget kulbrinter der "spises" af mikroorganismer på globalt plan, de mener, at deres tilgang vil tillade en sådan kvantificering i den nærmeste fremtid, og foreslår, at dette vil gavne modeller, der sigter mod at kvantificere global kulbrintekredsløb.

Endelig, Gilbert tilføjer, i fremtiden kan denne form for tilgang være nyttig til påvisning af liv på udenjordiske kroppe såsom andre planeter eller måner i vores solsystem. Selvom deres nuværende maskine er for stor til at blive sendt til rummet, deres teknikker kunne anvendes på prøver bragt tilbage til Jorden, eller deres instrument kunne miniaturiseres.