這是一個氣體:輕烴驅動微生物大量繁殖以清理墨西哥灣石油洩漏

在墨西哥灣“深水地平線”災難提供的碳氫化合物自助餐中,微生物選擇首先快速吞噬輕氣體


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根據新的研究,天然氣而非石油,幫助啟動了微生物大量繁殖,這些微生物正在消耗“深水地平線”災難期間洩漏到墨西哥灣的各種碳氫化合物。加州大學聖巴巴拉分校的生物地球化學家大衛·瓦倫丁和他的同事追蹤了至少四個不同的氣態碳氫化合物羽流,在一次6月份的研究航行中——不僅僅是先前由另一組科學家報告的一個羽流。

四個羽流中的微生物群落首先處理易於消化的碳氫化合物,例如丙烷、丁烷和乙烷,這些碳氫化合物在高壓和低溫的深水環境中被阻止快速冒到水面。研究表明,只有在消耗了這些氣體,從而促進了種群增長之後,更大的群落才轉向更難食用的化合物,例如能量密集但難以分解的甲烷和更長鏈的碳氫化合物,例如構成石油的烷烴。

這項9月16日在《科學》雜誌線上發表的發現表明,早期的報告——來自美國政府和其他微生物生態學家——可能過於樂觀地評估了這種細菌清理洩漏的速度。瓦倫丁認為,這些樂觀的評估可能誤以為細菌消耗丙烷等同於消耗石油洩漏中其他更重的碳氫化合物,這可能錯誤地表明微生物已經處理了更大數量的石油產品。

瓦倫丁說:“他們可以在幾天之內清除所有這些氣體。” “毫無疑問,[微生物對這些氣體的消耗]都發生在最初的幾周內,無論是幾天還是一週半。” 但他補充說:“種群必須增長到有潛力做到這一點的程度。這無疑比之前報道的要慢。”

在6月11日至21日期間,瓦倫丁和他的同事在距離“深水地平線”災難12.5公里範圍內的31個不同地點對海水和海洋微生物世界進行了取樣。結果表明,天然氣消耗而非石油導致了最初的細菌大量繁殖,導致氧氣水平比正常水平下降了多達35%,因為微生物正忙於大吃大喝並生長。

瓦倫丁說:“穩定同位素和示蹤劑測量結果表明碳氫化合物氣體的快速消耗——丙烷、乙烷和丁烷——……這是氧氣消耗的主要原因。” 而且細菌的生長沒有面臨任何其他限制,例如缺乏其他重要營養物質。“似乎沒有任何真正的限制,除了生物體自身的生長速度。”

至於這些細菌,先前的研究已經確定了一種新的、異常長的海洋螺菌目成員是石油洩漏的主要吞噬者。但是瓦倫丁和他的同事發現在他們研究的每個獨立羽流中,ColwelliaCycloclasticus屬的成員占主導地位。這些微生物是應對英國石油公司MC252井從墨西哥灣海底噴出的碳氫化合物的第一批反應者。

瓦倫丁和他的同事確實在至少一個樣本中發現了海洋螺菌目成員占主導地位。目前尚不清楚這代表著一個演替性繁殖,還是海洋螺菌目的發現與該羽流的特定生態有關。例如,隨著ColwelliaCycloclasticus細菌大量繁殖,它們的自然捕食者可能會隨之而來,從而有可能消滅它們,併為海洋螺菌目清理道路。瓦倫丁指出:“大自然不一定喜歡大量繁殖。”

同樣有可能的是,隨著碳氫化合物羽流的老化,相同的生物體改變了它們的飲食,在轉向它們也可以消化的更長鏈的石油化合物(稱為烷烴)之前,吃掉了所有存在的丁烷、乙烷和丙烷。瓦倫丁說:“我們懷疑這可能發生了,但我們還沒有直接證據。”

當然,尚未從開始到結束跟蹤任何羽流(並且不太可能跟蹤任何羽流,因為石油不再從洩漏的井中流出),但瓦倫丁本月再次返回墨西哥灣,登上國家海洋和大氣管理局的“雙魚座”號船,以研究深層羽流的長期命運。9月15日與《大眾科學》交談時,他被告知碳氫化合物檢測再次出現峰值,這表明洩漏的“深水地平線”石油仍然可以在深水中檢測到。他說:“它非常稀釋,因為它已經混合了,但水中肯定有一些東西”,這與美國政府以及其他科學家今年夏天更樂觀的報告相矛盾,他們認為大部分石油洩漏已經消失。“在墨西哥灣的非常廣闊的區域內,仍然存在持續的氧氣異常。”

這種影響可能對細菌以外的生物,從微小的浮游動物到在這些深度覓食的巨大抹香鯨,產生什麼影響,仍有待發現。但是,很明顯,微生物正在對洩漏石油的命運產生巨大的影響,它們吞噬碳氫化合物並將石油漂移到海底,覆蓋那裡的沉積物。海底的最終物質包括更重和未消化的石油,例如焦油球,以及死細菌、它們的排洩物和這些聚集物在下沉過程中拾取的碳氫化合物分子的球狀物。

同樣,瓦倫丁和他的同事在2009年5月15日出版的《環境科學與技術》雜誌上表明,從加利福尼亞州煤油點的一個天然滲漏處流出的大部分碳氫化合物最終都沉積在海底,而不是被水中的微生物消化。對於英國石油公司洩漏井噴出的超過6億升的石油來說,情況可能也是如此,這與更樂觀的報告提出的希望背道而馳。

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