Когато се получи разлив на петрол обикновено най-малките организми извършват по-голямата част от почистването и играят централна екологична роля.
Оказа се, че учените знаят много малко за инструментите за пречистване, с които тези микроогранизми разполагат.
Но сега, благодарение на ново проучване, изследователите разкриват цял нов цикъл от естествени въглеводородни емисии и тяхното рециклиране, улеснени от разнообразна гама от миниатюрни организми - което може да ни помогне да разберем по-добре как някои микроби имат силата да почистят нефтените разливи в океана.
„Само два вида морски цианобактерии добавят до 500 пъти повече въглеводороди в океана годишно, отколкото всички други видове петролни разливи в океана, включително изтичането на природен нефт, от танкери и нефтени платформи, изхвърляне на гориво и оттичане от сушата", отбелязва Конър Лав (Connor Love) от Калифорнийския университет, Санта Барбара (UCSB).
Но за разлика от по-познатите човешки приноси на въглеводороди в световния океан, това не е еднопосочно локално замърсяване.
Тези въглеводороди, предимно под формата на пентадекан (nC15), са разпространени на 40% от земната повърхност и с тях се хранят други микроби. Този кръговрат непрекъснато протича по такъв начин, че Лав и колегите му изчисляват, че във водата едновременно присъстват само около 2 милиона тона.
„На всеки два дни се произвежда и консумира целия пентадекан в океана“, обясня Лав.
Днес въглеводородните отпечатъци на човечеството могат да бъдат намерени в повечето аспекти на заобикалящата ни среда. Човечеството изпуска тези молекули, съставени само от въглеродни и водородни атоми по много начини - по-голямата част чрез извличане и използване на изкопаеми горива, но също и от пластмаси, готвене, свещи, боядисване - списъкът е дълъг.
Така че вероятно не би трябвало да е огромна изненада, че следите от нашите собствени емисии ни заслепяват и не можем да видим огромния въглеводороден цикъл, който естествено се среща в нашите океани.
Затова на на Лав и екипа му са били необходими известни усилия, за да се идентифицира ясно за първи път този глобален цикъл.
Изследователите извличат проби от водата от Саргасово море. Кредит: David Valentine / UCSB
Далеч от повечето човешки източници на въглеводороди, в бедните на хранителни вещества субтропични води на Северния Атлантик в район, известен като Саргасово море, екипът разполага кораба, от който взема пробите така, че да се изправи срещу вятъра, за да не може дизеловото гориво, което също съдържа пентадекан, да замърси седемте проучвани обекта. По време на събирането на пробите на никого не е било позволено да готви, пуши или да боядисва палубата.
„Не знам дали някога сте били на кораб за продължителен период от време, но боядисвахме всеки ден“, обяснява Дейвид Валънтайн (David Valentine) от UCSB. "Това е като моста Голдън Гейт: Започва се от единия край и докато се стигне до другия край, е време да се започне отначало".
На сушата изследователите потвърждава с помощта на газов хроматограф, че пентадеканът в техните проби от морска вода е от биологичен произход.
Анализирайки данните, те откриват, че концентрациите на пентадекан се увеличават много от цианобактериите, а географското и вертикалното разпределение на въглеводородите съответстват на екологията на тези микроби.
Естественият въглеводороден цикъл на Земята. Големи количества пентадекан се произвеждат и консумират в горните слоеве на океана. Кредит: David Valentine / UCSB
Цианобактериите Prochlorococcus и Synechococcus са отговорни за около една четвърт от превръщането на слънчевата светлина в световния океан в органична материя (първично производство) и предишно лабораторно изследване разкрива, че те произвеждат пентадекан в този процес.
Валънтайн обяснява, че цианобактериите вероятно използват пентадекан като по-здрав компонент за клетъчните мембрани, като тези, открити в хлоропластите (органели, които фотосинтезират).
Едни от най-разпространените в световен мащаб морски цианобактерии Prochlorococcus. Кредит: Luke Thompson, Chisholm Lab/Nikki Watson, MIT
Цикълът на пентадекан в океана следва денонощния цикъл на тези цианобактерии - тяхната вертикална миграция във водата в отговор на промените в интензивността на светлината през целия ден.
Тези открития предполагат, че цианобактериите наистина са източникът на биологичния пентадекан, който след това се консумира от други микроорганизми, които произвеждат въглеродния диоксид, който цианобактериите след това използват за продължаване на цикъла.
Количеството на пентадекана, което се движи през океаните, намалява нахлуването на въглеводороди от петрола. Но микроорганизмите, участващи в цикъла на пентадекана, е малко вероятно да могат да се справят с химическата сложност на въглеводородите от петрола. Кредит: David Valentine / UCSB
Екипът на Лав идентифицира десетки бактерии и археи, обитаващи повърхността, които процъфтяват в отговор на добавянето на пентадекан в пробите.
След това изследователите тестват дали микроорганизмите, консумиращи въглеводороди, могат да разграждат и петрола. Изследователите добавят петролен въглеводород към проби, които са взети по-близо до райони с активно изтичане на петрол в Мексиканския залив.
За съжаление, само морските проби от райони, вече излагани на небиологични въглеводороди, съдържат микроорганизми, които процъфтяват от консумацията на тези молекули.
ДНК тестовете показват, че гените, за които се смята, че кодират протеините, които могат да разграждат тези въглеводороди, се различават между микроорганизмите, като контрастът е очевиден между тези, които се хранят с биологични въглеводороди и тези, които поглъщат петролни.
Демонстрирахме, че в океана има мащабен и бърз въглеводороден цикъл, който се различава от способността на океана да реагира на петролните разливи", коментира Валънтайн.
Изследователите са започнали секвенирането на геномите на микроорганизмите в пробите, за да разберат допълнително екологията и физиологията на съществата, участващи в естествения въглеводороден цикъл на Земята.
„Мисля, че [тези открития разкриват] колко много не знаем за екологията на консумиращите въглеводороди организми“, заявява Лав.
Справка:: Connor R. Love et al. Microbial production and consumption of hydrocarbons in the global ocean, Nature Microbiology (2021). DOI: 10.1038/s41564-020-00859-8
Източници:
Researchers discover an immense hydrocarbon cycle in the world's ocean, Harrison Tasoff, University of California - Santa Barbara
Scientists Discover an Immense, Unknown Hydrocarbon Cycle Hiding in The Oceans, ScienceAlert
