一个令人惊讶的周期：研究人员在世界海洋中发现了一个巨大的碳氢化合物循环

研究人员从Sargasso海中检索水样。

碳氢化合物和石油几乎是环境科学的代名词。毕竟，石油储备占我们遇到的几乎所有碳氢化合物。但少数碳氢化合物追踪其对生物来源的少数碳氢化合物可能比最初怀疑的科学家扮演更大的生态角色。

UC Santa Barbara和Woods Hole Oceancographic Institution（Whoi）的研究人员调查了这一先前被忽视的全球循环迹象的海洋学区域。他们还测试了它的存在如何影响海洋对漏油的反应。

“我们证明，在海洋中发生了巨大和快速的碳氢化合物循环，并且与海洋回应石油投入的能力不同，”大卫情人教授，在地球部举行诺里斯总统椅UCSB的科学。由他的研究生Eleanor Arrington和Connor Love领导的研究出现在自然微生物学中。

2015年，由剑桥大学的科学家领导的国际团队发表了一项研究，证明了碳氢化合物戊二烷由海洋植物中的实验室培养物生产。研究人员推断出这种化合物在海洋中可能是重要的。该分子似乎在弯曲的膜中缓解胁迫，因此在叶绿体如叶绿体中发现，其中紧密填充的膜需要极端曲率，情人节解释。某些蓝细菌仍然合成化合物，而其他海洋微生物容易消耗它的能量。

情人节撰写了论文的两页评论，以及高级科学家克里斯托弗·雷迪从WHOI，并决定与Arrington和Love进一步追求主题。他们于2015年访问了墨西哥湾，然后是2017年西部大西洋，收集样品并运行实验。

该团队从大西洋营养不良地区的营养不良地区进行了采样的海水，以墨西哥湾扫过的漂浮萨格萨鲁姆海藻。情人节说，这是美丽的，清澈的蓝色水与百慕大咂嘴。

获得样品显然是一个相当棘手的努力。由于五角洲是柴油中的常见碳氢化合物，因此该团队必须采取额外的预防措施来避免船舶本身污染。他们的船长将船转向风中，使排气不会污染样品，并分析柴油的化学特征，以确保它不是他们发现任何五角洲的来源。

更重要的是，在研究人员收集海水时，没有人可以在甲板上吸烟，煮或涂漆。“这是一个很大的交易，”情人节说：“我不知道你是否曾经一段时间过船，但你每天都画画。这就像金门大桥：你从一端开始，当你到达另一端的时候，它是时候开始了。“

工作的预防措施，团队恢复了原始海水样本。“在2017年探险之后，在伍兹洞前站在瓦斯穴位前，清楚的样品很清澈，没有柴油的迹象，”联合主导作者的爱说道。“五角洲人是明确明确的，即使在[我们]跑的第一个样本中，也已经显示出清晰的海洋图案。

在海洋的上层生产和消耗广泛的戊二烷。

由于世界上的大量广泛，爱情继续，“只有两种类型的海洋植物细胞加入到海洋每年增加500倍的碳氢化合物，而不是海洋的所有其他类型的石油投入的总和，包括天然油渗漏，溢油，燃料倾倒和陆地跑道。“这些微生物每年共同生产300-600万公吨五角洲，这是矮人从所有其他来源释放的130万公吨的碳氢化合物。

虽然这些数量令人印象深刻，但它们有点误导。作者指出，五角洲循环跨越地球表面的40％或更多，悬浮在世界海洋的阳光照射地区悬挂了超过一亿千克溴化葡萄烷的蓝细菌细胞。然而，这些细胞的生命周期通常不到两天。因此，研究人员估计，海洋在任何特定时间内只包含大约200万吨五角洲的五角洲。

这是一个快速旋转的轮子，情人节解释，因此任何时间点存在的实际量都没有特别大。“每两天你生产和消耗海洋中的所有五角洲，”他说。

将来，研究人员希望将微生物的基因组织与其生理学和生态联系起来。该团队已经有几十个生物体的基因组序列，该组织乘以在样品中消耗戊二烷。“有令人难以置信的信息数量，”情人节“，”我认为我们不知道如何了解许多碳酸生物的生态学。“

确认了这种生物中的存在和幅度，该团队寻求解决其存在可能使海洋沉积溢出的石油的问题。Arrington解释的关键问题是，这些丰富的戊二烷消费的微生物是在漏油过程中作为资产。为了调查这一点，它们加入了戊烷 - 一种类似于五角洲的石油烃 - 在墨西哥湾的天然油渗流下在各种距离上取样海水。

它们测量了每种样品中的整体呼吸，看看吃戊烷微生物的多长时间。研究人员假设，如果戊二烷循环真正灌注微生物以消耗其他烃，那么所有样品都应以类似的速率开发盛开。

但情况并非如此。来自油渗漏的样品渗透速度迅速开发出绽放。“在加入戊烷约一周内，我们看到了一个丰富的人口发展，”情人节说。“这变得慢，速度慢，进一步越来越慢，直到你在北大西洋，你可以等待几个月，从来没有看到绽放。”事实上，阿林顿在马萨诸塞州伍兹洞的设施探险后不得不留下来落后于大西洋的样品上的实验，因为这些绽放花了这么长时间才出现。

通过海洋循环的戊二烷的数量矮人从油中输入碳氢化合物。然而，参与戊二烷循环的微生物不太可能能够处理来自油的烃的化学复杂性。

有趣的是，该团队还发现证据表明，属于生命的另一个领域，古代的微生物也可能在五章循环中发挥作用。“我们了解到，一群神秘的全球丰富的微生物 - 尚未在实验室驯化 - 可以通过戊烷在地面海洋中推动，”联合领导作者Arrington表示。

结果求出了为什么存在巨大的五丁烷循环的存在对石化戊烷的击穿没有影响。“石油与五角洲不同，”情人节说：“你需要了解差异是什么，以及什么化合物实际弥补石油，了解海洋的微生物将如何回应。”

最终，微生物常用的基因用于消耗戊烷的基因不同于用于戊二烷的基因。“与由蓝藻产生的戊烷相比，百慕大生活在清澈的水域中的微生物不太可能遇到石化戊烷，因此载入戊烷消费的基因不太可能携带戊烷消耗。”

载荷不同的微生物物种可以消耗五角形，但这并不意味着它们还可以消耗其他碳氢化合物，情人节继续，特别是鉴于石油中存在的碳氢化合物结构的关注。海洋生物产生的十几种常见的碳氢化合物，包括戊二烷和甲烷。同时，石油包括成千上万的不同烃。更重要的是，我们现在看到能够分解复杂的石油产品的生物倾向于生活在天然油渗漏附近的大量丰富。

情人节呼吁这种现象“生物地理灌注” - 当海洋的微生物种群被调节到特定地理区域中的特定能源时。“我们认为这项工作的看法是弥补宗教信料和石油的区别，”他说，“这对理解不同海洋地区如何回应石油泄漏很重要。”

营养不良的旋转像Sargasso海上占地球表面的令人印象深刻的40％。但是，忽略了这片土地，仍然留下了30％的地球探索其他生物中的循环。情人节认为，高生产率区域的过程将更加复杂，也许会提供更多的油耗启动。他还指出，自然的生物碳氢化合物产量的蓝图有希望努力开发下一代绿色能源。

参考：“全球碳氢化合物的微生物生产和消费”由Connor R. Love，Eleanor C. Arrington，Kelsey M. Gosselin，Christopher M. Reddy，Benjamin作为van Mooy，Robert K. Nelson和David L.情人节，2月1日2021，Nature microbiology.doi：
10.1038 / s41564-020-00859-8