august 1, 2021

Nettnord.no

Næringsnett Nord-Troms

Metan-spisende mikrober i havet spiller en viktig rolle for å moderere jordens temperatur

Metan-spisende mikrober i havet spiller en viktig rolle for å moderere jordens temperatur

To visninger av karbonatventilene ved Point Dume Methane Seep i Sør-California er dekket med fargerike mikrobielle matter og impregnert med metan-spiser mikrober. Kreditt: Med tillatelse fra Schmidt Ocean Institute

Metan-spisende mikrober hjelper til med å regulere jordens temperaturer med bemerkelsesverdig høye metabolske hastigheter i karbonatbergarter på havbunnen.

Metan er en sterk klimagass som spiller en nøkkelrolle i jordens klima. Hver gang vi bruker naturgass, enten du slår på komfyren eller grillen, bruker vi metan.

Bare tre kilder på jorden produserer metan naturlig: vulkaner, interaksjoner mellom berg og vann og mikrober. Blant disse tre kildene genereres de fleste av mikrober, som har deponert hundrevis av gigaton metan på den dype havbunnen. På havbunnen siver metan ut i det åpne havet, og mesteparten av denne metanen forbrukes av mikrobielle samfunn før den når atmosfæren. Gjennom årene har forskere funnet mer og mer metan under havbunnen, men veldig lite forlater havene og når atmosfæren. Hvor går resten av?

Et team av forskere ledet av Jeffrey J. Marlow, en tidligere postdoktorforsker i organismisk og evolusjonær biologi ved Harvard University, oppdaget mikrobielle samfunn som raskt forbruker metan, og forhindrer at den rømmer ut i jordens atmosfære. Studien publisert i prosedyrer fra National Academy of Sciences samlet og undersøkt metan-spisende mikrober fra syv geologisk forskjellige havbunnssiv og fant, mest overraskende, at karbonatbergarter på et bestemt sted har metanoksiderende mikrobielle samfunn med det høyeste metanforbruk målt til dags dato.

“Mikrobene i disse karbonatbergartene fungerer som et metanbiofilter som forbruker alt før det forlater havet,” sa hovedforfatter Peter Girguis, professor i organismisk og evolusjonær biologi ved Harvard University. Forskere har studert mikrober som lever i havbunnsedimenter i flere tiår og vet at disse mikrober bruker metan. Denne studien så imidlertid i detalj på mikrober som trives i karbonatbergarter.

READ  SpaceX Crew Dragon for fullt sivilt orbitalt oppdrag har fantastisk toalett

Karbonatbergarter på havbunnen er vanlige, men på utvalgte steder danner de uvanlige skorsteinlignende strukturer. Disse skorsteinene når 12 til 60 inches i høyden og finnes i klynger langs havbunnen som ligner en gruppe trær. I motsetning til mange andre bergarter, er disse karbonatbergartene porøse og skaper kanaler som er vert for et veldig tett samfunn av metanforbrukende mikrober. I noen tilfeller finnes disse mikrober i mye høyere tetthet i bergarter enn i sediment.

I løpet av en 2015-ekspedisjon finansiert av Ocean Exploration Trust, oppdaget Girguis et karbonat skorsteinrev utenfor kysten av Sør-California på dypvannsstedet Point Dume. Girguis kom tilbake i 2017 med finansiering fra NASA for å bygge et havbunnobservatorium. Marlow, som for tiden er assisterende professor i biologi ved Boston University, begynte på Girguis ‘laboratorium og studerte mikrober i karbonater. De to bestemte seg for å gjennomføre en fellesskapsstudie og samle prøver fra nettstedet.

“Vi måler hastigheten mikrober i karbonatene spiser metan i forhold til mikrober i sedimentet,” sa Girguis. “Vi fant ut at mikrober som lever i karbonatene bruker metan 50 ganger raskere enn mikrober i sedimentet. Vi ser ofte at noen metanrike slamvulkan sedimentmikrober, for eksempel, kan være fem til ti ganger raskere for å spise metan, men 50 ganger raskere er noe helt nytt. Videre er disse prisene blant de høyeste, om ikke de høyeste, som vi har målt hvor som helst. “

“Disse oksidasjonshastighetene eller forbruket av metan er virkelig ekstraordinære, og vi satte oss for å forstå hvorfor,” sa Marlow.

Teamet fant at karbonatskorstenen er et ideelt hjem for mikrober å spise mye metan veldig raskt. “Disse røykstakkene eksisterer fordi noe av metanet i væsken som strømmer fra bakken blir transformert av mikrober til bikarbonat, som deretter kan presipitere ut av sjøvann som karbonatbergart,” sa Marlow. “Vi prøver fortsatt å finne ut hvor væsken og metanet kommer fra.”

READ  SpaceXs Falcon Heavy rakett for å levere NASA astrobotisk lander og vannjagerrover til månen i 2023 - spillinformator

Mikromiljøer i karbonater kan inneholde mer metan enn sediment på grunn av deres porøse natur. Karbonater har kanaler som konstant vanner mikrober med fersk metan og andre næringsstoffer, slik at de kan konsumere metan raskere. I sedimenter er tilførselen av metan ofte begrenset fordi den diffunderer gjennom mindre, svingete kanaler mellom mineralkorn.

Et overraskende funn var at disse mikroberne i noen tilfeller er omgitt av pyritt, som leder elektrisitet. En mulig forklaring på det høye metanforbruket er at pyritt gir en elektrisk ledning som fører elektroner frem og tilbake, slik at mikrober kan ha høyere metabolske hastigheter og raskt konsumere metan.

“Disse veldig høye hastighetene blir tilrettelagt av disse karbonatene som gir et rammeverk for mikroberene å vokse,” sa Girguis. “Systemet ligner en markedsplass der karbonater tillater en haug med mikrober å samle seg på ett sted og vokse og bytte, i dette tilfellet utveksle elektroner, noe som gir mer metanforbruk.”

Marlow var enig: ”Når mikrober jobber sammen, bytter de enten byggesteiner som karbon eller nitrogen, eller de bytter energi. Og en måte å gjøre det på er gjennom elektroner, som en energimynt. Pyritt inneklemt i disse karbonatbergartene kan hjelpe elektronutveksling raskere og mer omfattende. “

I laboratoriet plasserte forskerne de oppsamlede karbonatene i høytrykksreaktorer og gjenskapte forhold på havbunnen. De fikk metan isotopmerket med karbon-14 eller deuterium (hydrogen-2) tilsatt for å spore metanproduksjon og -forbruk. Teamet sammenlignet deretter Point Dume-dataene med seks ekstra steder, fra Mexicogulfen til New England-kysten. Alle steder inneholdt karbonatbergarter i metan, mikrober som lever av metan.

“Deretter planlegger vi å oppdage hvordan hver av disse forskjellige delene av karbonater – strukturen, den elektriske ledningsevnen, væskestrømmen og det tette mikrobielle samfunnet – gjør det mulig. Foreløpig vet vi ikke det eksakte bidraget til hver enkelt, ”sa Girguis.

READ  Mennesker kontrollerer nå mest av alle ferskvannssvingninger på jordens overflate

Først må vi forstå hvordan disse mikroberne opprettholder metabolsk hastighet, enten de er i skorstein eller i sediment. Og vi trenger å vite dette i vår skiftende verden for å bygge vår prediktive kraft, ”sa Marlow. “Når vi har avklart hvordan disse mange sammenkoblede faktorene kommer sammen for å gjøre metan til bergart, kan vi spørre oss selv hvordan vi kan bruke disse anaerobe metanetende mikroberene til andre situasjoner, for eksempel lekkasje av metanfyllinger.”

Referanse: “Carbonate-Hosted Microbial Communities Are Prolific and Pervasive Metane Oxidants at Geologically Diverse Marine Metane Seepage Sites” av Jeffrey J. Marlow, Daniel Hoer, Sean P. Jungbluth, Linda M. Reynard, Amy Gartman, Marko S. Chavez, Mohamed Y. El-Naggar, Noreen Tuross, Victoria J. Orphan og Peter R. Girguis, prosedyrer fra National Academy of Sciences.
DOI: 10.1073 / pnas.2006857118