Оценка способности бактериальных сообществ в пресной воде разлагать сырую нефть и дизельное топливо
Бактерии, способные потреблять нефть или топливо, используются для ликвидации разливов в океане, но их применение в пресной воде ограничено из-за недостатка исследований. Профессор Мичиганского технологического университета и его студенты решили это изменить, изучая колонии бактерий в проливе Макино, чтобы определить условия, необходимые для их процветания.
Стив Тектманн, эксперт по идентификации бактерий для очистки различных видов отходов, установил, что сообщество способно разлагать сырую нефть и дизельное топливо, по крайней мере, в лабораторных условиях. Результаты исследования опубликованы в Journal of Great Lakes Research. Поскольку нефть и топливо регулярно транспортируются по воде вблизи озёр и рек, это открытие имеет важные последствия для ликвидации разливов в пресных водоёмах по всему миру. Понимание судьбы нефти в воде помогает службам быстрого реагирования и правительствам действовать эффективнее.
«Бактерии помогают разлагать нефть, которую невозможно собрать физическими методами, например, скиммерами», — сказал Тектманн. — «Многие методы очистки от разливов полагаются на такие бактерии для переработки нефти, которую люди не могут извлечь».
Миниатюрные террариумы и «закуска» из углеводородов
Чтобы создать среду, в которой бактериальные образцы могли бы процветать или погибнуть, студенты, включая биохимика Кейли Роше, поместили образцы воды из озера в стеклянные бутыли. Они добавили определённое количество сырой нефти или дизельного топлива и герметично закрыли бутыли резиновой пробкой.
«Каждую неделю мы брали несколько бутылей и измеряли в них уровень диоксида углерода (CO2)», — сказала Роше. — «Мы наблюдали рост производства CO2 по мере того, как у микробов было больше времени на разложение нефти в бутыли».
Учёные прокалывали пробку иглой, чтобы отобрать пробы воздуха для измерения CO2. Для анализа химического состава воздушных проб использовалась газовая хроматография.
«Мы использовали производство CO2 как индикатор метаболизма углеводородов микробами», — пояснила Роше. — «CO2 выделяется микробом при дыхании, и его измерение помогает связать микробный метаболизм с разложением углеводородов в нефти».
Даже бактериям нужен межсезонье
Однако очистка пресноводного разлива — не просто выпуск бактерий. Эффективность идентифицированных Тектманном и его лабораторией бактериальных сообществ зависит от сезона, состава сообщества и доступности определённых питательных веществ.
Если бактерии в бутыли размножались после добавления нефти или топлива, исследователи понимали, что эти микроорганизмы могут выживать и процветать в присутствии загрязнителей. Затем команда изучила, как другие переменные влияют на бактерии.
«Температура — ключевой фактор, влияющий на бактериальный метаболизм», — сказал Тектманн. — «В этом эксперименте мы моделировали зимние условия, инкубируя воду при низких температурах (4 или 23 градуса Цельсия). Нефть в бутылях при более низкой температуре разлагалась медленнее».
На «аппетит» бактерий влияют и другие факторы, включая доступность питательных веществ, таких как азот (N) и фосфор (P), а также углерод (C) из нефти или топлива. Низкая доступность питательных веществ также замедляла скорость разложения загрязнителей.
«Мы также обнаружили, что разные группы бактерий реагировали на нефть в разное время года. Например, существовало весеннее, осеннее и круглогодичное бактериальное сообщество», — отметил Тектманн.
Чемпионы по «поеданию» нефти
После идентификации конкретного бактериального сообщества Тектманн и студенты исследуют, как быстро бактерии из пролива Макино перерабатывают нефть или топливо, и какие другие условия окружающей среды могут влиять на их эффективность.
Эмма Бёрн, выпускница магистратуры по биологическим наукам, проанализировала данные эксперимента вместе с другими студентами лаборатории. Сейчас она работает аналитиком по качеству окружающей среды в Мичиганском департаменте окружающей среды, Великих озёр и энергетики.
«Это исследование важно, потому что последствия разливов нефти в пресноводных средах, особенно в Великих озёрах, изучены недостаточно», — сказала Бёрн. — «Понимание того, как среда может измениться в случае разлива, поможет нам прогнозировать последствия».
Тектманн согласился: «Мы так много знаем об этом процессе в океанах, но относительно мало — в пресной воде, хотя мы так сильно от неё зависим».