메탄은 중요한 '온실 가스'입니다. 즉, 지구의 열 균형과 기후에서 역할을하는 가스입니다. 실제로, 분자의 분자, 메탄은 이산화탄소보다 열을 포획하는데 더 효과적이다. 따라서, 현재 메탄보다 대기에는 현재 약 200 배 더 많은 이산화탄소가 있지만, 과학계에 대기에 메탄의 공급원과 싱크를 이해하려는 과학계에 관심이 있습니다. Alan M. Shiller 박사는 최근 몇 년 동안 그의 경력에 초점을 맞췄습니다.
결과적으로, 해양 퇴적물에는 상당한 메탄의 저수지가 존재 하며이 메탄은 지속적인 해수의 온난화로 퇴적물에서 방출 될 수 있습니다. 방출 된 메탄이 바다를 통과하여 대기에 도달하면 열 포기 특성이 기후 변화를 악화시킬 수 있습니다. 실제로, 해저에서 메탄의 대규모 방출은 과거의 기후 변화에 연루되어 있습니다. 그러나 메탄을 식품 공급원으로 사용하는 메타 노트 로프로 알려진 해수에는 박테리아가 있습니다. 이 메타 노트 로프가 해양 메탄을 충분히 빨리 소비 할 수 있다면, 퇴적물에서 대부분의 메탄 플럭스가 대기에 도달하지 못할 수 있습니다.
2010 년 멕시만 북부의 Deepwater Horizon 폭발은 '기름 유출'으로 잘 알려져 있습니다. 그러나, 웰 헤드에서 나온 탄화수소 물질의 약 절반은 원유가 아니라 오히려 천연 가스였으며 주로 메탄으로 구성된 천연 가스였습니다. 이 메탄은 바다에서 약 1100m (3600 피트) 깊이의 침수 된 깃털에 축적되었습니다. 이것은 해양 퇴적물로부터 상당한 양의 메탄이 방출되는 동안 일어날 수있는 일을 테스트하기위한 '계획되지 않은 실험'역할을했습니다. 여러 그룹의 과학자들에 의해 관찰되고 출판 된 것은 메타 노 트로프가 예상보다 훨씬 빠르게 (몇 달이 아닌 몇 달에) 침수 된 깃털에서 메탄을 피우고 소비했다는 것입니다. 이것은 기후 변화에 반응하여 해양 퇴적물로부터 방출 된 메탄이 대기에 음소거 된 영향을 미칠 수 있음을 시사한다.
심해 수평선 이후의 희토류 요소
Deepwater Horizon Microbial Bloom에 대한 작업이 출판 될 때, 네덜란드 그룹은 또한 이탈리아 나폴리 근처의 Solfotara 근처에서 유명한 화산 머드 팟을 연구하면서 발견 한 새로운 유형의 메타 노 트로피에 대한 작품을 발표했습니다. 메타노 그로피, 메탄올 탈수소 효소 또는 MDH의 주요 효소는 일반적으로 활성을 위해 칼슘 이온이 필요합니다. 그러나 Solfotara 유기체의 머드 팟에서 메탄올 탈수소 효소에서 칼슘보다는 희토류 요소가 필요한 희토류 요소가 발견되었다. 희토류 (란타니드 요소라고도 함)는 일반적으로주기 테이블의 주요 부분 아래에 배치 된 두 개의 추가 행의 상단으로 일반적으로 표시되는 요소 그룹입니다. '희귀 한 지구 요소'라는 용어는 실제로 이러한 '희귀'요소 중 일부가 구리 및 납과 같은 다른 잘 알려진 요소만큼이나 지구의 지각에서 일반적이기 때문에 약간의 오해입니다. 실제로, 많은 희토류는 현대 산업 세계에서 중요한 용도를 발견했습니다. 예를 들어, 하이브리드 자동차에는 자동차의 하이브리드 배터리와 전기 모터에 란타넘과 네오디뮴이 파운드가 될 수 있습니다.
심해 수평선 메탄 소비의 관찰과이 새로 관찰 된 희토류가 필요한 메타 노트 로프의 메커니즘을 요구하는 것을 고려할 때, 우리는 드문 지구 요소 분포가 폭발 동안 영향을 받는지 확인하기로 결정했습니다. 우리는 이벤트 중 및 이후에 미량 요소 분석에 적합한 샘플을 수집했기 때문에이 작업을 수행 할 수있었습니다. 그리고 우리는 란타늄과 2010 년 5 월 ~ 6 월 (즉, 폭발하는 동안) 동안주기적인 테이블 이웃에서 상당한 고갈을 관찰했지만 메탄 농도가 자연스럽고 매우 낮은 농도로 돌아 왔을 때 1 년 반 후에는 그렇지 않았습니다. 다음으로, 우리가 메타 노 트로피를 연구하기 위해 개발 한 중배엽 시스템을 사용하여, 우리는 Deepwater Horizon 부지에서 북서쪽으로 약 10 마일 (17km)의 천연 해저 메탄 스 누프에서 수집 한 물 샘플을 인큐베이션했습니다. 다시 한번 우리는 메탄 소비 중에 란타늄과 일부 이웃의 고갈을 관찰했습니다. 또한, 우리는 효소가 필요한 희토류 요소를 암호화하는 유전자의 발현을 감지 할 수있었습니다.
이제 이것은 모두 사소한 학문적 인 것처럼 보일 수 있습니다. 결국, 심해 수평선 메탄이 빠르게 소비되었습니다…. 우리는 무엇을 알아야합니까? 이것이 중요한 한 가지 이유는 희토류 요소가 모든 해양 생물학적 과정에서 중요한 것으로 밝혀 졌기 때문입니다. 실제로, 네덜란드 그룹의 작품까지, 희토류는 일반적으로 생물학적으로 중요하지 않은 것으로 생각되었다. 그러나 이러한 요소들이 바다의 2 조 농도에서만 발견되기 때문에, 우리의 연구는 그들의 가용성이 바다에서 메탄을 제거하는 데 과도한 역할을하며, 따라서이 중요한 온실 가스를 제어하는 데 불확실한 역할을한다는 것을 보여줍니다. 더욱이 해양학 자들은 희토류가 생물 활성이 아니라고 가정했기 때문에, 우리는 그들의 분포에 대한 해석을 재검토하고 희토류 요소가 우리에게 해양 과정에 대해 무엇을 말하는지에 대한 이해를 향상시킬 수 있는지 확인해야합니다.
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해양 생태계에서 희토류 요소의 역할
이 모든 것이 우리에게 두 가지 흥미로운 질문을 남깁니다. 첫 번째 질문은 왜 유기체가 해수에서 그러한 낮은 농도에있는 이러한 요소를 필요로하기 위해 진화 할 것인가? 우리는 답에 대해서만 추측 할 수 있지만 아마도 몇 가지 중요한 요소가있을 것입니다. 우선, 희토류 원소 이온은 MDH와 같은 효소에서 더 일반적으로 발견되는 칼슘 이온과 약간의 화학적 유사성을 갖는다. 또한, 희토류는 실제로 일부 화학적 특성을 가지고있어 칼슘보다 잠재적으로 더 나은 촉매를 만듭니다. 메타 노트로피는 가장 오래된 대사 경로 중 하나로 생각됩니다. 따라서 메타 노 트로피는 오늘날의 바다보다 희토류가 풍부한 환경에서 처음 진화했을 것입니다. 실제로, Solfotara의 열수 시스템은 Deepwater Horizon 부위의 해수보다 40,000 배 높은 희토류 원소 농도를 용해 시켰으며, 수소 시스템은 종종 상당한 용해 된 메탄을 갖는 것으로 관찰됩니다. 따라서 효소 희토류 요소 요구 사항은 이러한 생화학 적으로 바람직한 요소가 오늘날의 바다보다 더 많이 이용 가능한 환경에서 개발되었을 수 있습니다. 이것은 또한 발견되기를 기다리는 효소를 사용하는 다른 희토류 요소가있을 수 있음을 시사합니다. 실제로, 활성을 위해 란타 나이드를 필요로하는 에탄올 탈수소 효소에 대한 공개 된 보고서가 이미있다.
마지막으로, 우리는 해양 퇴적물에서 방출 된 다량의 메탄의 운명에 대한 문제로 돌아갈 수 있습니까? 예를 들어, 오늘날 바다에서 란타 나이드의 재고와 거주 시간은 Paleocene-Eocene 열 최대 값 (PETM)으로 알려진 기후 사건에서 5 천 5 백만 년 전에 필요한 것과 비슷한 규모라는 것을 관찰합니다. PETM은 해양 퇴적물로부터의 메탄의 대규모 방출로 인해 탄소 시스템의 큰 변화로 인한 것으로 생각된다. 란타 나이드와 칼슘 사이의 화학적 유사성으로 인해, 특정 단세포 유기체 (Foraminifera)의 탄산 칼슘 껍질에 저장되어 해양 퇴적물에 묻힌 바다 란타 나이드 농도의 기록이있을 수있다. 이것은 우리에게 PETM 동안 란타 나이드에 미치는 영향을 통해 대규모 퇴적물 메탄 방출의 가설을 조사하고 지질 학적 과거의 기후 변화 메커니즘에 대한 통찰력을 제공 할 수 있습니다.
.이 연구, 심해 지평선 블로우 아웃 메타 노트 로프 (Methanotrophy) 동안의 가벼운 희토류 요소 고갈은 최근 Scientific Reports 저널에 발표되었습니다.
