16:32 2022-10-17
science - citeste alte articole pe aceeasi tema
Comentarii Adauga Comentariu
_ Bacteriile eructatoare: identificarea microbilor arctici care produc gaze cu efect de seră
_ Bacteriile eructatoare: identificarea microbilor arctici care produc gaze cu efect de seră
În timp ce gazele cu efect de seră se ridică în zona arctică care se dezgheță rapid, cercetătorii de la Sandia National Laboratories încearcă să identifice alte urme de gaze din microbii din sol care ar putea arunca o lumină asupra a ceea ce se întâmplă biologic în topirea permafrostului în Arctica.
Bioinginerul Sandia Chuck Smallwood și echipa sa au petrecut recent cinci zile colectând probe de sol și gaze din albia lacului. Lor li s-au alăturat colaboratori internaționali conduși de profesorul Katey Walter Anthony de la Universitatea din Alaska, Fairbanks, inclusiv cercetători de la Universitatea din Colorado Boulder, Universitatea din Quebec din Rimouski și Universitatea Ben-Gurion din Negev din Israel.
< „Arctica se schimbă rapid, eliberând cantități mari de gaze cu efect de seră; pur și simplu nu știm câte gaze cu efect de seră sunt eliberate în fiecare an”, a spus Smallwood. „Munca noastră de la Sandia urmărește să ne îmbunătățim înțelegerea cu privire la cât de multe gaze cu efect de seră produc microbii din sol, fără să ieșim și să prelevăm în mod distructiv probe de sol permafrost. Scopul este de a folosi dispozitive sensibile de detectare a gazelor pentru a preleva compușii volatili microbieni care ies cu metanul și CO2. gaze, în schimb.”Atât metanul, cât și CO2 sunt gaze cu efect de seră, iar metanul reține de fapt mai multă căldură în atmosferă decât CO2 discutat în mod obișnuit. De fapt, este de 30 de ori mai puternic decât CO2, a spus Smallwood.
Colectarea de mostre de sol și microbi
Pentru a măsura ratele activității microbiene în sistemele de sol permafrost, echipa Smallwood a colaborat cu Universitatea din Alaska, echipa Fairbanks pentru a colecta primele probe de permafrost la sfârșitul lunii martie, la două lacuri înghețate formate din dezghețarea permafrostului la aproximativ 20 de minute nord de Fairbanks, Alaska. De asemenea, au colectat mostre în septembrie. Anul viitor, ei plănuiesc să colecteze mostre din mlaștinile de coastă aflate în dezgheț, lângă punctul Oliktok, pe versantul de nord al Alaska.
Pentru a colecta o probă de sol de pe albia unui lac, mai întâi un membru al Universității din Alaska, echipa Fairbanks ar fi puneți un ham conectat la o frânghie și mergeți pe lacul înghețat pentru a curăța zăpada de pe suprafața înghețată a lacului și a verifica dacă există semne de gheață subțire, a spus Smallwood. Apoi, cercetătorii au pregătit locul utilizând un ferăstrău cu lanț pentru a tăia gheața de trei sau patru picioare groase pentru a îndepărta cuburile uriașe de gheață.
Echipa a poziționat apoi unul dintre cele două aparate de carotare peste și în jurul găurii. în gheaţă, spuse Smallwood. Un aparat furnizat de Universitatea din Alaska, om de știință de la Fairbanks, Chris Maio, numit ciocan, colectează probe lungi de 3 picioare, în timp ce un altul, numit prelevator Vibracore, colectează probe mai adânci, până la 13 picioare.
The Aparatul de foraj Vibracore conține un tub lung cu diametrul de 3 inci care ar vibra rapid prin lac, în jos în albia lacului. Folosind aspirația – asemănătoare cu un copil care se joacă cu un pai și degetul pentru a aspira sifon – cercetătorii au îndepărtat „miezuri” cilindrice lungi de 3 până la 10 picioare de pământ din albia lacului care conținea microbi care au trăit acolo de sute până la mii de ani. .
Aceste probe de miez au fost congelate și expediate în New Mexico pentru tehnologii Sandia Jenna Schambach și Bryce Ricken pentru a extrage microbi, inclusiv bacterii și arhee. Archaea sunt organisme unicelulare asemănătoare bacteriilor, dar au multe asemănări biologice cu eucariotele care dețin nuclei care cuprind organisme multicelulare precum oamenii și copacii. Multe arhee pot prospera în medii extreme, cum ar fi gheizere, lacuri foarte sărate și orificii sulfuroase de adâncime. Archaea prezintă un interes deosebit pentru Smallwood și echipa sa, deoarece dovezile sugerează că ei sunt producătorii primari de metan.
În timpul expediției pe teren din martie, echipa de cercetare a măsurat și emisiile de gaze cu efect de seră de la diferitele lor locații de teren. Cu cea mai mare parte a lacului înghețat, ei nu se așteptau să măsoare prea mult eliberarea de metan. Cu toate acestea, la o gaură situată pe marginea lacului, ei au măsurat concentrații de metan de 500–800 de părți per milion, ceea ce reprezintă de aproximativ 400 de ori nivelul normal al metanului atmosferic.
Folosind echipamente Sandia, echipa a colectat gaz din acest „horn” de metan și lucrează cu oamenii de știință de la Universitatea din Colorado, Boulder pentru a determina cât de vechi și cât de adânc este carbonul convertit în metan de către microbi, a spus Smallwood.
Echipa Sandia. efectuează în prezent experimente de laborator pentru a studia populațiile microbiene găsite în coșul de metan pentru a căuta alte gaze care indică metabolismul microbian al metanului, a spus Schambach.
„Credem că am subestimat cantitatea de metan eliberată în timpul iernii și primăvara devreme și că există probabil mult mai multe coșuri de metan decât a considerat oricine", a spus Smallwood. „Este un gând înfricoșător, să ne imaginăm sute de coșuri care pompează metan în locuri îndepărtate din Alaska. Nu știm cât de mult se întâmplă cu adevărat și asta contribuie la incertitudinea modelelor noastre climatice.
Creșterea microbilor arctici.
Schambach și Ricken prelucrează mostre de sol din albia lacului și le împart în bioreactoare controlate de temperatură și umiditate. Aceste recipiente pot simula ceea ce se întâmplă în sistemul de lacuri de dezgheț-permafrost din laborator, a spus Smallwood.
p>
Cercetătorii vor secvenționa ADN-ul din probe pentru a identifica tipurile de microorganisme prezente în diferite straturi ale albiei lacului înainte de a fi cultivate în bioreactoare. De asemenea, vor folosi abordări similare de secvențiere pentru a urmări modul în care populațiile de microbi se schimbă în timp în timpul temperaturii. și modificările nutrienților. Scopul acestor experimente este de a conecta microbii la eliberarea de metan și alte gaze volatile.
„Pe măsură ce facem aceste evoluții în bioreactoare controlate, vom preleva probe din fiecare zece pentru a caracteriza modul în care populațiile de microbi se schimbă în timp”, a spus Schambach. „Întrebările la care încercăm să răspundem: cine se află în aceste incubații și când devin predominante în comunitate? Vom face, de asemenea, experimente de microbiologie pentru a izola tulpini ale acestor organisme foarte neobișnuite de interes.”
< Echipa va măsura, de asemenea, ce fac anumiți microbi în comunitate, examinând ARN-ul prezent. Acest lucru va conecta fiecare microb cu o activitate și poate chiar sugera care microbi sunt principalii responsabili pentru producerea metanului și aliații lor, microbii care oferă vitamine sau alte asistențe indirecte producătorilor de metan, a spus Smallwood.Detectarea digestiei. gaze
De la buchetul unui vin fin la moscul compostului învechit, activitățile organismelor unicelulare produc mirosuri distincte cauzate de un amestec complex de gaze. Philip Miller, un inginer biologic Sandia, conduce analiza probelor de gaze colectate în timpul călătoriei pentru a încerca să dizolve gazele specifice legate de activități biologice specifice în dezghețarea permafrostului.
În timpul călătoriei, echipa lui Smallwood a colectat probe de gaz în tuburi mici de adsorbție. Miller a comparat aceste tuburi cu bureți chimici, capabili să „aspire” o mulțime de gaze interesante fără să ocupe mult spațiu. La fel ca probele din albia lacului, aceste tuburi au fost, de asemenea, congelate și expediate din Alaska în New Mexico. Acum, Miller începe să vadă ce tipuri de gaze au colectat folosind un echipament avansat numit cromatograf de gaze bidimensional cuprinzător cu spectrometrie de masă.
„Numele jocului pentru vânătoarea de biomarkeri ai compușilor volatili este separarea”, a spus Miller. „A doua coloană de cromatografie gazoasă permite o mai bună separare a gazelor care au fundal chimic similar. Putem vedea mai multe și devine mai ușor să identificăm gazele de interes. Este un punct de plecare pentru a înțelege dacă putem folosi un instrument similar pentru monitorizează un ecosistem fragil pe o perioadă lungă de timp.”
Miller va folosi același sistem avansat pentru a analiza gazele produse în timp real de la microbii crescuți în bioreactoare.
Scopul echipei este de a identifica gazele care sunt markeri pentru o activitate biologică importantă sau prezența unor microbi importanți. Până la sfârșitul proiectului de trei ani, ei speră să dețină informațiile necesare pentru a proiecta un detector portabil care caută acele gaze specifice în Arctica în dezgheț, îmbunătățind capacitatea oamenilor de știință de a monitoriza mediul în schimbare rapidă, a spus Smallwood.
„Simt că acest tip de cercetare pentru a defini modul în care organismele vii și climatul se influențează reciproc, declanșează cu adevărat”, a spus Smallwood. „Oamenii acordă în sfârșit atenție nu doar la ceea ce se întâmplă deasupra solului, ci și la felul în care lucrurile se schimbă sub picioarele noastre. Multă vreme, oamenii de știință au privit solul doar ca o sursă de carbon, dar acum ne-am dat seama că solurile pot produce sau elimina. gaze cu efect de seră. Lucrăm cu modelatori computaționali, cum ar fi Umakant Mishra de la Sandia, pentru a modela în cele din urmă modul în care microbii din sol contribuie la emisiile de gaze cu efect de seră pentru a reduce incertitudinile în predicțiile noastre privind schimbările climatice.”
Comentarii:
Adauga Comentariu