Drobnoustroje i węgiel pod dnem morskim
Drobnoustroje żyjące w dnie morskim rozkładają zalegającą tam materię organiczną i sterują złożonymi procesami mineralizacji. Wciąż jednak nie wiadomo, skąd drobnoustroje pozyskują wystarczającą ilość substancji odżywczych i energię metaboliczną w środowisku o tak małych zasobach energii. Uczestnicy finansowanego ze środków UE projektu DEEP CARBON FLUX (Energy and carbon food webs of the deep sub-seafloor biosphere) zbadali mechanizmy kontroli energetycznej i kinetycznej procesów metabolicznych w osadach. Badacze skupili się na ocenie roli małych kwasów organicznych będących głównym metabolitem pośrednim w metabolizmie mikrobiologicznym. Zespół opracował również nową technikę analityczną do realizacji celu projektu, która obejmowała dwuwymiarową chromatografię jonową połączoną z detekcją metodą spektrometrii mas do obliczenia stężenia poszczególnych kwasów organicznych. Prowadzone w toku projektu badania polegały na wykonywaniu odwiertów w celu pobrania prób osadów dennych w czterech lokalizacjach: Morzu Północnym i Bałtyckim oraz na Oceanie Atlantyckim i Spokojnym. Odwierty prowadzono w ramach dwóch międzynarodowych ekspedycji organizowanych przez Międzynarodowy Program Odkryć Oceanicznych (IODP, Exp. 337 oraz Exp. 347). Wykonano największy jak dotąd odwiert rdzeniowy w dnie oceanicznym o głębokości około 2,5 km (IODP Exp. 337). Zespół opracował nową metodę analityczną do badania lotnych kwasów tłuszczowych (VFA) w próbkach morskich. Wykorzystano ją do odseparowania VFA od jonów chlorku i siarczanu, a następnie do separacji poszczególnych VFA. Technika ta umożliwiła analizę ilościową VFA bezpośrednio w próbkach wody morskiej bez konieczności ich wstępnej obróbki. Posłużyła ona również do zbadania porowego stężenia VFA w wodzie we wszystkich czterech lokalizacjach. Uzyskane wyniki wskazywały, że poziomy stężeń były zaskakująco stałe w zależności od podziału substancji odżywczych na strefy biochemiczne oraz dominujące mikrobiologiczne szlaki metaboliczne. Badacze wywnioskowali, że drobnoustroje kontrolują stężenie VFA. Stężenia graniczne, poniżej których nie dochodzi do dalszego wyczerpywania zasobów kwasu octowego, odzwierciedlają fizjologiczne ograniczenia komórek bakterii. Stąd wniosek, że ani termodynamika, ani dyfuzja nie tłumaczą rozkładu VFA. Natomiast to prawdopodobnie procesy komórkowe, takie jak transport przez błonę komórkową lub aktywacja substratów, odgrywają aktywną rolę w stężeniach porowych VFA w wodzie morskiej. Procesy te mają wpływ na ilość dostępnej energii, choć ich przebieg może różnić się w zależności od społeczności drobnoustrojów. Po zbadaniu osadów z dna Oceanu Spokojnego, pozyskanych z najgłębszego w historii naukowych odwiertów oceanicznych odwiertu rdzeniowego (około 2,5 km poniżej dna morskiego), naukowcy wywnioskowali, że w osadach głębokich Pacyfiku istnieje bogactwo zasobów octanów i mrówczanów, które stanowią dobre źródło metanogenezy. W trakcie dojrzewania geologicznego źródłowego materiału organicznego dochodzi do uwolnienia kwasu octowego i mrówkowego, które to związki przez kolejne dziesiątki milionów lat odżywiają zalegającą głęboko pod dnem morskim biosferę mikrobiologiczną. W toku projektu zilustrowano procesy metaboliczne, które umożliwiają rozkładanie materii organicznej przez drobnoustroje żyjące w osadach oceanicznych dla pozyskania energii. Ustalenia projektu mogą znaleźć zastosowanie w dziedzinie usuwania odpadów lub recyklingu oraz mogą przyczynić się do oszacowania wpływu produkcji metanu przez drobnoustroje w osadach, co przełoży się zarówno na zasoby energii, jak i emisję naturalnych gazów cieplarnianych.
Słowa kluczowe
Drobnoustroje, pod dnem morskim, węgiel, osady, DEEP CARBON FLUX, głęboka biosfera, lotne kwasy tłuszczowe, metanogeneza, redukcja siarczanów, Międzynarodowy Program Odkryć Oceanicznych (IODP)