科学家发现了大规模且未知的烃循环躲藏于海洋中

在一起糟糕的漏油事件的后续中,通常都是最小的有机生物体来进行大部分的清扫。令人惊讶的是,科学家对于这些微小的清扫团队在进行处理时的工具所知甚少。现在,由于一项新研究,研究人员揭晓了经由一群范围广泛的微小有机体所进行的全新自然烃排放与回收的循环,这可以帮助我们更佳了解有些微生物是如何具有能力来清理漏油事件留在海上的烂摊子。

科学家发现了大规模且未知的烃循环躲藏于海洋中

自然烃的循环

今日,人类的烃足迹能够在我们周遭大部分的面向上发现。我们以许多方式排放这些仅由碳原子及氢原子构成的分子,包括透过萃取而获得的大批物质、化石燃料的使用,还有来自塑胶、烹饪、蜡烛、绘画等等。因此,若是我们自己排放的踪迹淹没了我们观察到在海洋中自然地发生的广泛烃循环的能力的话,或许也不是什么太惊人的事。

来自圣塔芭芭拉加利福尼亚大学的地球科学家康纳·洛夫博士说:「比起所有其他石油排放到海中的方式,例如渗油、漏油、倾卸燃油及从陆地上流到海中的石油量的总和,仅要两种海生的蓝绿藻,每年释放到海洋中的烃的量加总起来就达500 倍多。」

不过不像人类更为熟悉的将烃排放到海中的方式,这并不是一个单向的海中倾卸。

这些主要是十五烷(pentadecane,nC15)型式的烃散布在地球表面的40%,而其他的微生物以它们维生。它们以如此的方式不断循环,以至于洛夫博士及其同事预估,在任何的时刻,只有约200万吨的烃存在于水中。洛夫博士解释:「每两天你就会制造并消耗海中所有的十五烷。」

科学家发现了大规模且未知的烃循环躲藏于海洋中

实验过程与结果

洛夫博士及其同事花了一些功夫来第一次清楚分辨出这个全球的循环。在远离大部分人类烃来源的地区,缺乏养分的北大西洋副热带水体中,研究团队必须要将他们采样的船定位为逆风,如此一来也包含十五烷的柴油燃料才不会污染七个研究点。没有人允许在采样时煮饭、吸烟及画画。

回到陆地上后,藉由气相层析,研究人员能够确认在他们海水样本中的十五烷是来自生物体。在分析数据之后,研究人员发现十五烷的浓度随着更大量的蓝绿藻细胞而增加,且烃的地理与垂直分布与这些微生物的生态系一致。

原绿球藻与聚球藻负责将全球海洋中约1/4的太阳能转换成有机物质(初级生产),而先前的实验室培养发现它们在过程中会制造十五烷。

来自UCSB的地球科学家大卫·瓦伦汀教授解释说蓝绿藻很有可能使用十五烷作为高度弯曲的细胞膜的较强成分,就像那些发现于叶绿体(进行光合作用的胞器)中的成分一样。

海洋中的十五烷循环也跟着这些蓝绿藻的昼夜垂直循环,也就是它们在水中的垂直迁移会跟着一天当中光强度的变化而改变。

综合起来,这些发现认为蓝绿藻的确是生物性十五烷的由来,这些十五烷接着被其他制造二氧化碳的微生物所摄取,这些二氧化碳接着再被蓝绿藻利用以持续循环。

科学家发现了大规模且未知的烃循环躲藏于海洋中

能否分解人为漏油

随着在样本中加入十五烷,洛夫博士的团队辨识出蓬勃生长的数十种细菌及住在表面的古细菌(archaea)。所以他们接着进行测试来观察这种摄取烃的微生物是否可以分解石油。研究人员在墨西哥湾,一个非常靠近经常性石油渗漏的区域的样本中,加入了石油烃。

不幸的是,只有来自已经接触过非生物性烃的区域的海洋样本,包含了随着摄取这些分子而蓬勃生长的微生物。

DNA测试显示,由于在那些会吃生物性烃的微生物与那些会吃来自石油的烃的微生物之间有明显的对比,因此被认为会对可以降解这些烃的蛋白质进行编码的基因在这些微生物之间有所不同。瓦伦汀教授说:「我们展示了在海洋中发生有大量且快速的烃循环,且这与海洋对石油输入的反应能力不同。」

研究人员已经开始对他们样本中的微生物的基因组进行排序,以进一步了解参与地球自然的烃循环的生物的生态及生理。洛夫博士说:「我认为这些发现揭开了,我们到底对这么多的摄取烃的有机体的生态有多么的不了解。」

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