在一起糟糕的漏油事件的後續中,通常都是最小的有機生物體來進行大部分的清掃。令人驚訝的是,科學家對於這些微小的清掃團隊在進行處理時的工具所知甚少。現在,由於一項新研究,研究人員揭曉了經由一群範圍廣泛的微小有機體所進行的全新自然烴(hydrocarbon)排放與回收的循環,這可以幫助我們更佳了解有些微生物是如何具有能力來清理漏油事件留在海上的爛攤子。

自然烴的循環

今日,人類的烴足跡能夠在我們周遭大部分的面向上發現。我們以許多方式排放這些僅由碳原子及氫原子構成的分子,包括透過萃取而獲得的大批物質、化石燃料的使用,還有來自塑膠、烹飪、蠟燭、繪畫等等。因此,若是我們自己排放的蹤跡淹沒了我們觀察到在海洋中自然地發生的廣泛烴循環的能力的話,或許也不是什麼太驚人的事。

來自聖塔芭芭拉加利福尼亞大學(University of California, Santa Barbara,UCSB)的地球科學家康納·洛夫博士(Connor Love)說:「比起所有其他石油排放到海中的方式,例如滲油、漏油、傾卸燃油及從陸地上流到海中的石油量的總和,僅要兩種海生的藍綠藻(cyanobacteria),每年釋放到海洋中的烴的量加總起來就達 500 倍多。」

不過不像人類更為熟悉的將烴排放到海中的方式,這並不是一個單向的海中傾卸。

這些主要是十五烷(pentadecane,nC15)型式的烴散布在地球表面的 40%,而其他的微生物以它們維生。它們以如此的方式不斷循環,以至於洛夫博士及其同事預估,在任何的時刻,只有約 200 萬噸的烴存在於水中。洛夫博士解釋:「每兩天你就會製造並消耗海中所有的十五烷。」

實驗過程與結果

洛夫博士及其同事花了一些功夫來第一次清楚分辨出這個全球的循環。在遠離大部分人類烴來源的地區,缺乏養分的北大西洋副熱帶水體中,研究團隊必須要將他們採樣的船定位為逆風,如此一來也包含十五烷的柴油燃料才不會汙染七個研究點。沒有人允許在採樣時煮飯、吸菸及畫畫。

回到陸地上後,藉由氣相層析(gas chromatograph),研究人員能夠確認在他們海水樣本中的十五烷是來自生物體。在分析數據之後,研究人員發現十五烷的濃度隨著更大量的藍綠藻細胞而增加,且烴的地理與垂直分布與這些微生物的生態系一致。

原綠球藻(Prochlorococcus)與聚球藻(Synechococcus)負責將全球海洋中約 1/4 的太陽能轉換成有機物質(初級生產),而先前的實驗室培養發現它們在過程中會製造十五烷。

來自 UCSB 的地球科學家大衛·瓦倫汀教授(David Valentine)解釋說藍綠藻很有可能使用十五烷作為高度彎曲的細胞膜(cellular membrane)的較強成分,就像那些發現於葉綠體(chloroplast,進行光合作用的胞器)中的成分一樣。

海洋中的十五烷循環也跟著這些藍綠藻的晝夜垂直循環(diel cycling),也就是它們在水中的垂直遷移會跟著一天當中光強度的變化而改變。

綜合起來,這些發現認為藍綠藻的確是生物性十五烷的由來,這些十五烷接著被其他製造二氧化碳的微生物所攝取,這些二氧化碳接著再被藍綠藻利用以持續循環。

能否分解人為漏油

隨著在樣本中加入十五烷,洛夫博士的團隊辨識出蓬勃生長的數十種細菌及住在表面的古細菌(archaea)。所以他們接著進行測試來觀察這種攝取烴的微生物是否可以分解石油。研究人員在墨西哥灣,一個非常靠近經常性石油滲漏的區域的樣本中,加入了石油烴。

不幸的是,只有來自已經接觸過非生物性烴的區域的海洋樣本,包含了隨著攝取這些分子而蓬勃生長的微生物。

DNA 測試顯示,由於在那些會吃生物性烴的微生物與那些會吃來自石油的烴的微生物之間有明顯的對比,因此被認為會對可以降解這些烴的蛋白質進行編碼的基因在這些微生物之間有所不同。瓦倫汀教授說:「我們展示了在海洋中發生有大量且快速的烴循環,且這與海洋對石油輸入的反應能力不同。」

研究人員已經開始對他們樣本中的微生物的基因組進行排序,以進一步了解參與地球自然的烴循環的生物的生態及生理。洛夫博士說:「我認為這些發現揭開了,我們到底對這麼多的攝取烴的有機體的生態有多麼的不了解。」

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參考資料:

  1. Koumoundouros, T., (2021, February 4). Scientists Discover an Immense, Unknown Hydrocarbon Cycle Hiding in The Oceans. ScienceAlert
  2. Love, C. R. et al., (2021, February 1). Microbial production and consumption of hydrocarbons in the global ocean. Nature Microbiology. doi.org/10.1038/s41564-020-00859-8
  3. 圖片來源:https://www.sciencealert.com/we-ve-overlooked-an-immense-hydrocarbon-cycle-in-the-oceans-until-now(圖:Anastasia Taioglou/Unsplash)
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