해양에서 메탄을 먹고 사는 미생물은 지구의 온도를 조절하는 데 중요한 역할을합니다

남부 캘리포니아에서 새어 나오는 Point Dume 메탄의 탄산염 굴뚝에 대한 두 가지보기는 다채로운 미생물 매트로 덮여 있고 메탄을 먹는 미생물이 점 재해 있습니다. 크레딧 : Schmidt Ocean Institute의 의례

메탄을 먹는 미생물은 해저 탄산염 암석 내에서 상당히 높은 대사율로 지구 온도를 조절하는 데 도움이됩니다.

메탄은 지구 기후에 중요한 역할을하는 강력한 온실 가스입니다. 천연 가스를 사용할 때마다 주방 스토브를 켜든 바베큐를 할 때든 메탄을 사용합니다.

지구상에서 자연적으로 메탄을 생산하는 원천은 화산, 지하수 및 암석 상호 작용, 미생물 세 가지뿐입니다. 이 세 가지 출처 중 대부분은 미생물에 의해 생성되어 수백 기가 톤의 메탄이 심해 바닥에 퇴적되었습니다. 메탄이 해저로 가라 앉으면 바다로 위로 스며 들고 미생물 군집은 대기에 도달하기 전에이 메탄의 대부분을 소비합니다. 수년 동안 연구자들은 해저 아래에서 점점 더 많은 메탄을 발견했지만, 그 중 아주 적은 양이 바다를 떠나 대기로 유입됩니다. 나머지는 어디로 갑니까?

하버드 대학의 유기 및 진화 생물학 박사 후 연구원 인 Jeffrey J. Marlowe가 이끄는 연구팀은 메탄이 지구 대기로 빠져 나가는 것을 막아 빠르게 메탄을 소비하는 미생물 군집을 발견했습니다. 이 연구는 국립 과학 아카데미의 회보 나는 지질 학적으로 다양한 7 개의 해저 침투에서 메탄을 먹는 미생물을 수집하고 조사한 결과, 놀랍게도 한 지역, 특히 현재까지 측정 된 가장 높은 메탄 소비율을 보이는 메탄 산화 미생물 군집의 탄산염 암석을 발견했습니다.

하버드 대학의 유기 및 진화 생물학 교수 인 Peter Gerges는“이 탄산염 암석의 미생물은 메탄이 바다를 떠나기 전에 모든 것을 소비하는 바이오 필터 역할을합니다. 연구원들은 수십 년 동안 해저 퇴적물에 서식하는 미생물을 연구했으며 이러한 미생물이 메탄을 소비한다는 것을 알고 있습니다. 그러나이 연구는 탄산염 암석에서 번성하는 미생물을 자세히 조사했습니다.

해저 탄산염 암석은 일반적이지만 일부 지역에서는 특이한 굴뚝과 같은 구조를 형성합니다. 이 더미는 높이가 12 ~ 60 인치에 이르며 나무 배열과 유사한 해저를 따라 클러스터에서 발견됩니다. 다른 많은 종류의 암석과는 달리,이 탄산염 암석은 다공성이므로 메탄을 소비하는 미생물의 밀도가 높은 커뮤니티의 고향을 만듭니다. 어떤 경우에는 이러한 미생물이 퇴적물보다 암석 내에서 훨씬 더 높은 밀도에서 발견됩니다.

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Ocean Exploration Trust가 자금을 지원 한 2015 년 탐험에서 Gerges는 심해 지역 인 Point Dume에서 남부 캘리포니아 해안의 탄산염 굴뚝을 발견했습니다. Gerges는 해저 관측소를 건설하기 위해 NASA의 자금으로 2017 년에 돌아 왔습니다. Gerges의 실험실에 합류 한 Marlowe는 현재 Boston University의 생물학 조교수로 탄산염의 미생물을 연구하고있었습니다. 두 사람은 커뮤니티 연구를 수행하고 현장 샘플을 수집하기로 결정했습니다.

Gerges는“우리는 미생물이 퇴적물에있는 미생물과 비교하여 탄산염 메탄을 먹는 속도를 측정했습니다. 우리는 탄산염에 사는 미생물이 퇴적물에있는 미생물보다 메탄을 50 배 더 빨리 소비한다는 것을 발견했습니다. 예를 들어 메탄이 풍부한 진흙 화산의 일부 퇴적 미생물은 메탄을 흡수하는 속도가 5 ~ 10 배 더 빠르지 만 50 배 더 빠르다는 것은 완전히 새로운 것입니다. 또한 이러한 비율은 우리가 어디에서나 측정 한 최고 수준은 아니지만 최고 수준입니다.”

Marlowe는 “메탄 산화율 또는 소비율은 매우 드물며 우리는 그 이유를 이해하기 시작했습니다.”라고 말했습니다.

연구팀은 탄산염 굴뚝이 미생물이 많은 메탄을 매우 빨리 섭취하기에 이상적인 서식지라는 사실을 발견했습니다. “이 스택은 지구 내부에서 흘러 나오는 유체의 일부 메탄이 미생물에 의해 중탄산염으로 전환되기 때문에 존재하며, 이는 탄산염 암석 형태로 바닷물에서 침전 될 수 있습니다.”라고 Marlowe는 말했습니다. “우리는 여전히이 액체와 그 메탄이 어디서 나오는지 알아 내려고 노력하고 있습니다.”

탄산염 내의 미세 환경은 다공성 특성으로 인해 퇴적물보다 메탄을 더 많이 포함 할 수 있습니다. 탄산염에는 신선한 메탄 및 기타 영양소로 미생물을 지속적으로 냉각시켜 메탄을 더 빨리 섭취 할 수있는 채널이 포함되어 있습니다. 퇴적물에서 메탄의 공급은 종종 미네랄 입자 사이의 작은 구불 구불 한 채널을 통해 확산되기 때문에 제한됩니다.

놀라운 발견은 경우에 따라 이러한 미생물이 전기 전도체 인 황철광으로 둘러싸여 있다는 것입니다. 더 높은 메탄 소비율에 대한 한 가지 가능한 설명은 황철석이 전자를 앞뒤로 전달하는 전기 채널을 제공하여 미생물이 더 높은 대사율을 가지며 메탄을 빠르게 소비 할 수 있도록한다는 것입니다.

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Gerges는“이러한 매우 높은 속도는 미생물 성장의 틀을 제공하는 탄소에 의해 촉진됩니다. “이 시스템은 탄산염으로 미생물 그룹이 한곳에 모여 성장하고 교환 할 수있는 시장과 같습니다.이 경우 전자 교환을 통해 더 많은 메탄을 소비 할 수 있습니다.”

Marlowe는“미생물이 함께 일할 때 탄소 나 질소와 같은 빌딩 블록을 교환하거나 에너지를 교환합니다.이를 수행하는 방법은 에너지 통화와 같은 전자를 통하는 것입니다.이 탄산염 암석 전체에 흩어져있는 황철석은 전자 교환이 더 빠르고 대규모로 이루어 지도록 도와주세요.”

실험실에서 연구원들은 수집 된 탄소를 고압 원자로에 넣고 해저의 조건을 재현합니다. 그들은 메탄 생산과 소비를 추적하기 위해 탄소 -14 또는 중수소 (수소 -2)를 첨가 한 동위 원소 표지 메탄을 제공했습니다. 그런 다음 팀은 멕시코만에서 뉴 잉글랜드 해안에 이르는 6 개 추가 사이트에서 Point Dume의 데이터를 비교했습니다. 모든 사이트에서 메탄이 스며 나오는 탄산염 암석에는 메탄을 먹는 미생물이 포함되어 있습니다.

“다음으로 우리는 구조, 전기 전도도, 유체 흐름, 밀도가 높은 미생물 군집과 같은 탄산염의 각 부분이 어떻게이를 가능하게하는지 분리 할 계획입니다. 지금까지 우리는 각각이 무엇에 기여하는지 정확히 알지 못합니다.”라고 Gerges는 말했습니다. .

첫째, 우리는 이러한 미생물이 굴뚝에 있든 퇴적물에 있든 상관없이 어떻게 대사율을 유지하는지 이해해야합니다. Marlowe는 “우리의 예측 능력을 구축하려면 변화하는 세상에서 이것을 알아야합니다.”라고 말했습니다. “이러한 상호 관련된 요인들이 결합하여 메탄을 암석으로 전환하는 방법을 설명하면 메탄 누출이있는 매립지와 같은 다른 상황에서 메탄을 먹는 이러한 혐기성 미생물을 어떻게 적용 할 수 있는지 질문 할 수 있습니다.”

참조 : Jeffrey J. Marlowe, Daniel Hoyer, Sean B. Jongbloth, Linda M. Renard, Amy Gartman, Marco Chavez, Mohamed El- Naggar, Noreen Toros, Victoria J. Orvan과 Peter R. 거제 스, 국립 과학 아카데미의 회보.
DOI : 10.1073 / pnas.2006857118

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