Человечество использует огромные запасы углеводородов Земли в качестве одного из основных источников энергии. Способы, которыми углерод фиксируется и обрабатывается во время формирования этих резервуаров, имеют важные последствия для разведки ресурсов. Кроме того, выброс углеводородов из подземных резервуаров Земли может иметь важные последствия для климата Земли, поскольку легкие углеводороды, такие как метан, являются мощными парниковыми газами.
Ученые хотели бы понять потенциально важную роль, которую огромная подповерхностная биосфера Земли может играть в поведении глубоких углеводородных резервуаров. На сегодняшний день трудно оценить, насколько углеводороды были затронуты подземными микроорганизмами.
Гилберт и его коллеги преодолели эту трудность, используя новый метод, разработанный в ELSI, который позволяет измерять соотношения стабильных изотопов углерода в зависимости от положения. Углеводороды в основном представляют собой длинные цепочки атомов углерода, прикрепленных к атомам водорода, но углерод имеет два изотопа, широко распространенных в природе (типы атомов углерода с разным числом нейтронов и, следовательно, с разными массами, которые можно измерить), углерод-12 (12C) и углерод. -13 (13С). Из-за того, как организмы образуют молекулы, которые в конечном итоге становятся углеводородами окружающей среды, соотношение 12C / 13C для каждого конкретного положения атома углерода в углеводороде может быть уникальным. Исследования здесь были сосредоточены на пропане, молекуле углеводорода природного газа, содержащей три атома углерода.
Исследователи скармливали пропан микроорганизмам в лаборатории, чтобы измерить конкретную сигнатуру 12C / 13C, производящую эти организмы, и измерили небиологические изменения, которые происходят при разложении пропана при высоких температурах, процесс, известный как «крекинг».Затем они использовали эти базовые измерения для интерпретации образцов природного газа из США, Канады и Австралии, что позволило им обнаружить присутствие микроорганизмов, использующих пропан в качестве «пищи» в резервуарах природного газа, и количественно оценить количество углеводородов, потребляемых микроорганизмами. «Когда я начал анализировать образцы из экспериментов по моделированию бактерий, они полностью соответствовали тому, что мы наблюдали в полевых условиях, что позволяет предположить наличие бактерий, разлагающих пропан, в резервуарах природного газа», – отметил Гилберт. Таким образом, это исследование выявило присутствие микроорганизмов, которые было бы трудно обнаружить с помощью традиционных методов, и открывает новое окно для понимания глобального круговорота углеводородов.
"Меня особенно интересовала расшифровка биологических и небиологических процессов, связанных с органическими молекулами. «Этот вопрос имеет значение для происхождения жизни, для обнаружения жизни во Вселенной, но также и для нашего понимания биосферы и ее эволюции на Земле», – говорит Гилберт. Это исследование также имеет важные последствия для глобального изменения климата, поскольку пропан и другие углеводороды являются парниковыми газами и загрязнителями. Хотя команда не пыталась количественно оценить, сколько углеводородов «съедается» микроорганизмами в глобальном масштабе, они полагают, что их подход позволит такую количественную оценку в ближайшем будущем, и предполагают, что это принесет пользу моделям, направленным на количественную оценку глобального круговорота углеводородов.
Наконец, добавляет Гилберт, в будущем такой подход может быть полезен для обнаружения жизни на внеземных телах, таких как другие планеты или луны в нашей солнечной системе.
Хотя их нынешняя машина слишком велика для отправки в космос, их методы могут быть применены к образцам, возвращенным на Землю, или их инструмент может быть уменьшен.