Глубокий метрополитен, у микробов нет большого доступа к кислороду. Таким образом, они развили способы вдохнуть другие элементы, включая твердые полезные ископаемые как железо и сера.
Часть, которая интересует ученых, – то, что, когда микробы вдыхают твердое железо и серу, они преобразовывают их в очень реактивные расторгнутые ионы, которые намного более вероятно, будут, тогда взаимодействовать с другими полезными ископаемыми и расторгнутыми материалами в водоносном слое. Этот процесс может медленно но постоянно вносить разительные изменения в облик скалы, почвы и воды.«Это означает что, как эти микробы вдыхают влияние, что происходит с загрязнителями – путешествуют ли они или остаются помещенными – а также качество грунтовой воды», сказал Тед Флинн, ученый из Аргонна и Института Вычисления в Чикагском университете и ведущем авторе исследования.
Приблизительно одна пятая населения в мире полагается на грунтовую воду от водоносных слоев для их поставки питьевой воды, и еще многие зависят от зерновых культур, политых водоносными слоями.В течение многих десятилетий ученые думали, что, когда железо присутствовало в этих типах глубоких водоносных слоев, микробы, которые могут вдохнуть его, вытеснили бы тех, кто не может. Есть принятая иерархия того, что микробы предпочитают вдыхать, согласно тому, сколько энергии каждая реакция может теоретически уступить. (Кислород считают лучшим в целом, но это редко считается глубоким ниже поверхности.)Согласно этим вычислениям, элементов, которые действительно обнаруживаются в этих водоносных слоях, вдыхая железо теоретически, предоставляет большую часть энергии микробам.
И железо часто среди самых богатых полезных ископаемых во многих водоносных слоях, в то время как твердая сера почти всегда отсутствует.Но что-то не складывало право. У большого количества микроорганизмов было оборудование, чтобы вдохнуть и железо и серу. Это требует двух совершенно других ферментативных механизмов, и эволюционно дорого для микробов сохранять гены необходимыми, чтобы выполнить оба процесса.
Почему они обеспокоились бы, если бы сера так редко включалась?Команда решила сделать заново энергетические вычисления, предполагающие, что щелочная окружающая среда – «Более старые и более глубокие водоносные слои имеет тенденцию быть более щелочной, чем нейтральные в отношении pH поверхностные воды», сказал соавтор Аргонна Кен Кемнер – и нашел, что в щелочной окружающей среде, это становится более твердым и более твердым вытащить энергию из железа.«Дыхание серы, с другой стороны, становится еще более благоприятным в щелочных условиях», сказал Флинн.Команда укрепила эту гипотезу в лаборатории с бактериями при моделируемых условиях водоносного слоя.
Бактерии, Shewanella oneidensis, могут обычно вдыхать и железо и серу. Когда pH получил целых 9, однако, он мог вдохнуть серу, но не железо.Был все еще вопрос того, где микроорганизмы как Shewanella могли найти серу в своей родной среде обитания, где это, казалось, было недостаточно.
Ответ прибыл из другой группы микроорганизмов, которые вдыхают различную, разрешимую форму серы, названной сульфатом, который обычно находится в грунтовой воде вместе с железными полезными ископаемыми. Эти микробы выдыхают сульфид, который реагирует с железными полезными ископаемыми, чтобы сформировать твердую серу и реактивное железо. Команда полагает, что эта сера израсходована почти немедленно Shewanella и его родственниками.
«Это объясняет, почему мы не видим большого количества серы ни в какой фиксированной точке вовремя, но сумма энергии, ездящей на велосипеде через него, могла быть огромной», сказал Кемнер.Действительно, когда команды помещают вдыхающие железо бактерии в очень щелочную окружающую среду лаборатории без любой серы, бактерии не произвели уменьшенного железа.«Эта гипотеза бежит в противоречии с преобладающей теорией, в которой микроорганизмы конкурируют, стиль естественного отбора, и один тип организма выходит доминирующий», сказал Флинн. Скорее дыхание железа и вдыхающие сульфат микробы зависят друг от друга, чтобы выжить.
Понимание этого сложного взаимодействия особенно важно для изолирования углерода. Идея состоит в том, что, чтобы не допустить вредный углекислый газ в атмосферу, мы сжали бы и ввели бы его в глубокие подземные водоносные слои. В теории углерод реагировал бы с железом и другими комплексами, захватывая его в твердые полезные ископаемые, которые не просочатся на поверхность.
Железо – один из крупных игроков в этом сценарии, и это должно быть в его реактивном государстве для углерода, чтобы взаимодействовать с ним, чтобы сформировать твердый минерал. Микроорганизмы важны в создании всего этого реактивного железа.
Поэтому понимание, что сера – и наркоманы микроба, которые зависят от него – играют роль в этом процессе, является значительным куском загадки, которая отсутствовала до сих пор.