Обнаружен глобальный цикл углеводородов в океане

Исследователи из Калифорнийского университета в Санта-Барбаре и Института океанографии Вудс-Хоул обнаружили, что в океане существует масштабный и быстрый цикл углеводородов, отличный от процессов разложения нефтяных загрязнений.

Источник углеводородов

В 2015 году было показано, что цианобактерии производят углеводород пентадекан (C₁₅H₃₂). Это соединение помогает снимать напряжение в изогнутых мембранах, например, в хлоропластах. Некоторые морские цианобактерии синтезируют его, а другие микробы потребляют для получения энергии.

Масштабы производства

Два основных типа морских цианобактерий производят в океане в 500 раз больше углеводородов в год, чем все другие источники вместе взятые:

• Биологический источник: 300–600 миллионов метрических тонн пентадекана в год.
• Все антропогенные и природные нефтяные источники (разливы, естественные просачивания, сток): 1,3 миллиона метрических тонн углеводородов в год.

Цикл охватывает более 40% поверхности Земли, а в освещенной солнцем зоне океана находится более триллиона квадриллионов клеток цианобактерий, содержащих пентадекан.

Динамика цикла

Несмотря на огромные годовые объемы производства, общее количество пентадекана в океане в любой момент времени составляет всего около 2 миллионов метрических тонн. Это связано с чрезвычайно быстрым оборотом: жизненный цикл клеток цианобактерий составляет менее двух дней.

«Каждые два дня вы производите и потребляете весь пентадекан в океане», — объяснил профессор Дэвид Валентайн.

Влияние на разложение нефти

Ключевой вопрос исследования: может ли этот естественный цикл «подготовить» микробное сообщество океана к разложению нефти при разливах?

Эксперимент с добавлением нефтяного углеводорода пентана (аналога пентадекана) в пробы воды из разных регионов показал:

• Пробы, взятые рядом с естественными нефтяными выходами в Мексиканском заливе, быстро (в течение недели) демонстрировали рост («цветение») микробов, потребляющих пентан.
• Пробы из открытой Атлантики (например, района Саргассова моря) показывали очень медленный рост, который мог занимать месяцы.

Вывод: Огромный естественный цикл пентадекана не подготавливает микробов к потреблению нефтяных углеводородов. Гены, используемые для потребления пентадекана и пентана, различны.

«Биогеографическое праймирование»

Это явление, при котором микробное население океана адаптировано к определенному источнику энергии в конкретном географическом районе.

«То, что мы видим в этой работе, — это различие между пентадеканом и нефтью, которое важно для понимания того, как разные регионы океана будут реагировать на разливы нефти», — отметил Валентайн.

Микробы, способные разлагать сложные нефтепродукты, в основном сконцентрированы вблизи естественных нефтяных выходов.

Дальнейшие исследования и перспективы

1. Геномика: Ученые планируют связать геномы микробов с их физиологией и экологической ролью. Уже секвенированы десятки геномов организмов, потребляющих пентадекан.
2. Другие регионы: Исследованный цикл охватывает малопродуктивные океанические районы (40% поверхности Земли). Процессы в более продуктивных регионах (еще 30% поверхности планеты) могут быть сложнее и, возможно, сильнее влиять на разложение нефти.
3. Биотехнологии: Природные механизмы биологического производства углеводородов могут стать основой для разработки технологий зеленой энергетики следующего поколения.

Исследование также выявило, что в цикле пентадекана могут участвовать археи — загадочные и широко распространенные микробы, которые еще не культивированы в лаборатории.