海洋中以甲烷为食的微生物在调节地球温度中扮演重要角色

杜姆角的碳酸盐烟囱

在南部加州的点烧米甲烷渗出的碳酸盐烟囱的两个视图被彩色微生物垫覆盖,并通过甲烷的微生物渗透。信誉:由施密特海洋研究所提供的礼貌

甲烷的微生物有助于调节地球的温度,在海底碳酸盐岩内具有非常高的代谢速率。

甲烷是一种强大的温室气体,在地球的气候中发挥着关键作用。随时我们使用天然气,无论我们都在点亮我们的厨房炉灶或烧烤,我们使用甲烷。

地球上只有三种源生产甲烷自然:火山,地下水岩相互作用和微生物。在这三种来源之间,大多数是由微生物产生的,它沉积数百千分之一的甲烷进入深海地板。在海底甲烷渗透,它向上渗透到开阔的海洋,并且微生物社区在到达大气之前消耗大部分甲烷。多年来,研究人员在海底下方找到了越来越多的甲烷,但很少有留下的海洋并进入大气层。其余在哪里?

由哈佛大学有机大学和进化生物学博士博士研究员杰弗里J.Marlow领导的研究人员团队发现了迅速消耗甲烷的微生物社区,防止其逃逸到地球的大气层中。yabo124这项研究发表在国家科学院的诉讼程序从七个地质上多样的海底渗漏中收集和检查吃甲烷微生物,最令人惊讶的是,碳酸盐岩从一个位点均以迄今为止测量的甲烷消耗率的最高速率宿主氧化微生物群。

“这些碳酸盐岩中的微生物在哈佛大学有机大学和进化生物学教授彼得·吉尔瓜省的培养师Peter Girguis表示,这些碳酸盐岩中的表现就像甲烷生物过滤器一样。”yabo124研究人员几十年来研究了生活在海底沉积物中的微生物,并知道这些微生物正在消耗甲烷。然而,本研究检查了细节细节在碳酸盐岩中茁壮成长的微生物。

海底碳酸盐岩是常见的,但在选择地点,它们形成异常的烟囱状结构。这些烟囱的高度达到12到60英寸,并在沿着海底的群体中找到了一群人。与许多其他类型的岩石不同,这些碳酸盐岩石是多孔的,产生家庭群体的甲烷的微生物群落的渠道。在某些情况下,这些微生物在岩石内的更高密度比沉淀物中的更高密度。

在2015年探险期间,由海洋勘探信托基金资助,Girguis在深海地点点挖掘的南加州海岸发现了一座碳酸烟囱礁。Girguis于2017年回归NASA的资金,以建造海底天文台。目前在波士顿大学目前助理生物学助理的实验室加入Girguis的实验室,正在研究碳酸盐的微生物。yabo124两者决定进行社区研究并收集现场的样本。

“我们测量了与沉积物中微生物相比,碳酸盐含量的微生物的速率,”Girguis说。“我们发现生活在碳酸盐中的微生物消耗甲烷的速度快于沉积物中的微生物。我们经常看到一些来自富含甲烷的泥火山的沉积物微生物,例如,在吃甲烷时可能比速度更快,但速度快50倍。此外,这些速率是最高的,如果不是最高,我们在任何地方测量。“

“这些甲烷氧化或消费的速率非常非凡,我们出发了解为什么,”马洛说。

该团队发现碳酸盐烟囱为微生物提供了一个非常快的甲烷的理想家。“这些烟囱存在,因为从地下流出的流体中的一些甲烷被微生物转化成碳酸氢盐,然后将海水沉淀出作为碳酸盐岩,”马洛斯说。“我们仍然试图弄清楚那种流体 - 及其甲烷 - 来自于此。”

由于其多孔性质,碳酸盐内的微环境可能含有比沉积物更多的甲烷。碳酸盐具有不断灌注微生物的通道,用新鲜的甲烷和其他营养素促使它们更快地消耗甲烷。在沉淀物中,甲烷的供应通常是有限的,因为它漫射在矿物颗粒之间的较小绕组通道上。

令人惊讶的是,在某些情况下,这些微生物被硫铁矿包围,这是导电的。对于甲烷消耗的高速率的一种可能的解释是吡钛矿提供了一种电气导管,其前后通过电子,允许微生物具有更高的代谢速率并快速消耗甲烷。

Girguis说:“这些碳酸盐为微生物的生长提供了一个框架,促进了这些非常高的速率。”“这个系统就像一个市场,碳酸盐让一群微生物聚集在一个地方,生长和交换——在这种情况下,交换电子——这就允许更多的甲烷消耗。”

马洛表示同意:“当微生物一起工作时,它们要么是在交换碳或氮等构成元素,要么是在交换能量。其中一种方法是通过电子,就像能量货币。散布在这些碳酸盐岩中的黄铁矿可以帮助电子交换更迅速、更广泛地发生。”

在实验室中,研究人员将收集的碳酸盐放入高压反应器中,并在海底重建条件。它们使其同位素地标记为甲烷,加入碳-14或氘(氢-2),以跟踪甲烷的产生和消耗。该团队接下来将数据与六个额外地点的数据从墨西哥湾到新英格兰的海岸。在所有地点,甲烷渗透的碳酸盐岩含有甲烷的微生物。

“接下来,我们计划解开这些不同部分碳酸盐的各个部分 - 结构,导电性,流体流动和致密的微生物群落 - 使其成为可能。截至目前,我们不知道每个人的确切贡献,“Girguis说。

“首先,我们需要了解这些微生物是如何维持它们的代谢率的,无论它们是在烟囱还是在沉积物中。在这个不断变化的世界里,我们需要了解这一点,以便建立我们的预测能力。”马洛说道。“一旦我们弄清了这些相互关联的因素是如何将甲烷转化为岩石的,我们就可以思考如何将这些厌氧的甲烷吞噬微生物应用于其他情况,比如有甲烷泄漏的垃圾填埋场。”

参考文献:“碳酸盐宿主的微生物社区是地质上不同的海洋甲烷渗透网站的多产和普遍性的甲烷氧化剂,”由Jeffrey J. Marlow,Daniel Hoer,Sean P. Jungbluth,Linda M. Reynard,Amy Gartman,Marko S. Chavez,MohamedY. El-Naggar,Noreen Tostoss,Victoria J. Orphan和Peter R. Girguis,国家科学院的诉讼程序
DOI: 10.1073 / pnas.2006857118

是第一个评论在“海洋中的甲烷微生物在培养地球的温度中发挥重要作用”

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