바카라 수화물이 분포 된 해저의 바카라 역학 평가

National Research Institute of Advanced Industrial Science and Technology (바카라) (National Research Institute of Advanced Industrial Science and Technology의 국립 연구소 연구소 (이하 "바카라") 연구원 Miyajima Yusuke, Geosphere Microbiology Research Group, 연료 리소스 지구 연구 그룹, Yoshioka Hideyoshi, Sucika Masahi, Suzumura Masohi, Suzumura Masohi의 이사 환경 생리 생태학 연구 그룹 Aoyagi Satoshi, Hori Tomoyuki의 최고 연구원, 수석 연구원, 수석 연구원, 연구 그룹 인 Hori Tomoyuki가 2020 년에 개최 될 예정입니다바카라 수화물배포됩니다안정적인 동위 원소 추적기배양 시험 결과는 미생물이 바카라을 소비하는 속도를 추정하기 위해 사용되었습니다 우리는 또한 해저 아래의 산화 감소 경계 층에서, 성장을 위해 산소 (에어로빅 미생물)와 미생물이 필요하지 않은 미생물 (호기성 미생물)이 공존하고 바카라을 소비한다는 것을 발견했다 이러한 결과는 중요한 에너지 자원 및 온실 가스 인 바카라의 해저 균형에 대한 정확한 이해에 기여합니다

이 연구의 세부 사항은 2024 년 3 월 6 일입니다환경 과학 및 기술잡지에 온라인으로 게시 됨

바카라은 천연 가스의 주요 구성 요소이자 온실 가스이므로 자원으로 지속적으로 활용하려면 생산과 사라지고 프로세스를 자세히 이해하는 것이 중요합니다 해저 아래 깊은 곳에서 생산 된 바카라은 천연 가스 필드 및 바카라 수화물과 같은 지질 형성에 부분적으로 남아 있지만 퇴적물 틈과 결함을 통해 상승하며 해저에서 해수로 분출합니다 지구 표면적의 70%를 차지하고 있음에도 불구하고 해저와 대기로 방출되는 바카라의 양은 전체 지구 배출량의 몇% 미만으로 보관됩니다 이것은 해저의 표면 퇴적물에 사는 미생물이 바카라 소비에 중요한 역할을하기 때문입니다 그러나, 현장 환경에서 이러한 미생물의 활동, 분포 및 바카라 소비율에 대한 정량적 이해는 진행되지 않았다

이 연구는 지구 화학에서 환경 미생물학에 이르는 징계 통합 접근법을 사용하여 심해의 미생물에 의한 바카라 소비 메커니즘을 설명하려고 시도했다

AIST는 경제 무역 및 산업부의위원회에 따라 미래의 국내 에너지 자원이 될 것으로 예상되는 표면 바카라 수화물의 연구 및 개발을 수행하고 있습니다 (자세한 내용은프로젝트 웹 사이트) 자원량을 이해하고 심해 발굴 및 리프팅 기술을 검토하는 것 외에도이 프로젝트는 해양 환경 및 바카라 수화물 개발과 관련된 생태계의 영향 평가와 관련된 중요한 문제를 해결합니다 2020 년 이래로, 우리는 해양 관측 용기를 사용하여 연속 해양 환경 조사를 수행하고 있으며, 야마가타 현 사카타시의 바다에서 해양으로 제어되지 않은 수중 차량 (ROV)과 니이 자타 선의 조츠시 (Joetsu City)가 분포되어 있습니다 이 바다 지역에는 미생물 매트 (미생물의 응집체)로 덮인 많은 독특한 해저 표면이있는 것으로 확인되어 물을 함유 한 바카라의 샘 (바카라 스프링 물)을 나타내며, 중금속 및 기타 물질은 미생물 매트 바로 아래에 침전물에 농축되어 있음을 확인했습니다 (세부 사항2022 년 11 월 7 일 바카라 "주요 연구 결과") 이번에는이 미생물 매트로 덮인 해저 퇴적물에서 미생물 활동 및 바카라 소비에 중점을 둔 연구를 수행했습니다

또한,이 연구는 경제 무역 및 산업부의 바카라 수화 연구 개발 프로젝트의 일부로 수행되었으며, 과학 연구를위한 과학 보조금 촉진 (Kaiken Grants) 19H04244를 위해 일본 사회에 의해 부여되었습니다

우리는 해양 연구 선박 "House Maru"와 Rov "Hakuyo 3000"을 사용하여 Sakata City에서 약 540m의 깊이로 바카라를 조사했습니다 대략 20cm 길이의 코어 샘플은 회색 미생물 매트로 덮인 바카라 및 매트가없는 기준점에서 퇴적물의 화학적 특성을 조사하고 미생물에 거주하는 것을 조사 하였다 코어 샘플의 경우, 본 발명자들은 퇴적물의 갭에 존재하는 용해 된 물 (기공 물)의 농도를 분석하고 퇴적물 유전자와 퇴적물 유전자를 분석합니다지질분석이 수행되었습니다 또한, 바카라의 양을 결정하기 위해, 해저에서 분출 된 물의 유속을 측정 하였다

농도 분석에 따르면 미생물 매트로 덮인 해저로부터 15cm 깊이에서 더 높은 농도의 바카라이 기준 부위의 퇴적물에 비해 용해되었다 또한, 해저 바로 위의 해수는 산소가 풍부하지만 산소는 미생물 매트 바로 아래의 퇴적물에서 빠르게 감소하며 표면 5mm 내에 만 검출 될 수 있음이 밝혀졌습니다 이것은 기준점에서 산소가 해저 표면에서 약 15cm 깊이로, 그리고 검출 한계 아래로 상대적으로 부드럽게 감소한다는 결과와 대조됩니다 유전자 및 지질 분석의 결과는 바카라이 산소를 사용하여 소비됨을 보여줍니다호기성 바카라 산화 박테리아"및"anaerobic 바카라 산화 Archea"는 미바카라 매트 아래에서만 공존했음을 보여 주었다

또한, 미생물 매트로 덮인 해저 퇴적물에서 미생물에 의한 바카라 소비 속도를 추정하기 위해, 트레이서로서 안정적인 탄소 동위 원소를 사용하여 배양 시험을 수행 하였다 바카라은 미생물에 의해 이산화탄소로 전환되기 때문에 안정적인 동위 원소가 풍부한 바카라이 퇴적물에 첨가되고 배양 될 때, 이산화탄소의 탄소 동위 원소 비율은 시간이 지남에 따라 증가한다 (도 1) 바카라 소비 속도는 동위 원소 비율의 증가율로부터 추정되었다 배양은 해저에 가까운 온도에서 배양 시작시 산소와 무산소 시스템을 제공하는 시스템에서 수행되었으며, 전자의 바카라 소비율은 배양 시작시 후자의 거의 4 배인 것으로 밝혀졌다

또한 미바카라 지질 및16S rrna(안정적인 동위 원소 프로브 방법)는 특히 배양 시험에서 활성화 된 미생물 종을 성공적으로 확인했습니다 현장 환경에서 확인 된 미생물 종의 분포는 또한 퇴적물에서 미생물 활성을 나타내는 16S rRNA 및 지질의 수직 분포에 기초하여 밝혀졌다 (도 2) 미생물의 수직 분포를 배양 시험에서 얻은 바카라 소비 속도와 비교함으로써, 우리는 호기성 및 혐기성 미생물의 현장 퇴적물에서 바카라 소비율을 추정했다 또한, 해저에서 나오는 물의 유속 및 기공 물에 용해 된 바카라의 농도에 기초하여 바카라 흐름의 양을 측정 하였다 이러한 결과는 미생물 매트 아래의 퇴적물에서 호기성 바카라 산화 박테리아가 분출 바카라 산화 박테리아의 10%를 소비하고 혐기성 바카라 산화 고고의 30%를 소비하고, 총 40% 바카라은 두 가지의 결합에 의해 소비된다고 추정한다 (요약 다이어그램) 이것은 미생물 매트 바로 아래에 지배적 인 혐기성 바카라 산화성 고고 외에 호기성 바카라 산화 박테리아가 유산소 소비에 중요한 역할을한다는 것을 나타냅니다

특히 주목할만한 점은 호기성 바카라 산화 박테리아에서 활성을 나타내는 16S RRNA 및 지질이 산소가 거의 불충분 한 해저 아래에서 최대 6cm까지 관찰되었으며, 이는 혐기성 바카라 산화 고고의 활성 영역입니다 우리가 이번에 조사한 사카타시 (Sakata City) 해안에서 미생물 매트로 덮여있는 해저는 바카라 함유 물이 연간 약 2-3m에서 분출된다는 사실이 특징입니다 이러한 스프링은 직접 상하이 바닷물에서 퇴적물로 산소를 침투하는 것을 제한하며 산소는 해저 아래 5mm 깊이에서 검출 한계보다 낮습니다 그러나, 활성 미생물의 수직 분포를 고려할 때, 해저 아래 최대 6cm의 층에서 산소는 유산소 및 혐기성 미생물의 공존을 허용하는 수준에서 유지되는 것으로 추정 될 수있다

호기성 및 혐기성 미생물은 전 세계 다른 물에서 바카라을 소비한다고 제안되었지만 해저와 더 깊은 퇴적물에서 활성화 된 것으로 생각되었습니다 이 연구의 결과는 호기성 및 혐기성 미생물이 동일한 산화 환원 경계층에서 공존하고 해저 아래에서 활성 종을 식별함으로써 바카라을 소비한다는 것이 밝혀졌다 또한 바카라 균형에서 미생물의 생리학 및 생태학의 역할을 처음으로 평가 한 것은 이번이 처음입니다

이번에 조사한 Sakata City의 바카라 봄 물은 일본 근처의 물뿐만 아니라 전 세계 바카라 수화물 분포에서도 발견 될 수 있습니다 호기성 및 혐기성 미생물의 공존 영역은 다른 지역의 해저 아래에서도 발견 될 수 있습니다 다른 해상 지역에서는 미생물의 바카라 소비 속도를 추정함으로써 해저의 바카라 균형을보다 상세하게 이해할 수 있다고 믿어집니다

해양 표면의 광합성을 통해 생성 된 유기물은 해양 눈과 같은 정착 중에 분해되며 심해 해저에 몇 % 만 닿습니다 이 영양소가 부족한 환경에도 불구하고 게와 조개류와 같은 큰 유기체는 종종 사카타 시티와 요츠시에서 발견 된 미생물 매트의 해저 주위에 붐비는 것으로 관찰됩니다 이 요인은 아직 명확하지 않지만 바카라과 황화수소로 시작하는 미생물이 공급원이라는 것은 분명하지 않습니다화학 합성로 구성된 푸드 웹은 심해 바카라의 생태계를 지원할 수 있다고 지적되었다

미생물 MAT에서 상세한 미생물 및 화학 반응 과정의 정량적 평가를 통해 우리는이 연구의 결과를 활용하여 표면 바카라 수화 분포 물에서 생태계의 구조와 개발과 관련된 심해 생태계에 대한 환경 영향을 평가할 수 있습니다

게시 된 잡지 :환경 과학 및 기술
종이 제목 : 가스 수화물 영역에서 해양 퇴적물로부터의 바카라 방출에 대한 동시 호기성 - 아나 에로빅 메타 노 트로피의 영향
저자 : Yusuke Miyajima, Tomo Aoyagi (공동 리더), Hyooshi Yoshioka (책임있는 저자), Tomoyuki Hori (책임있는 저자), Takahashi, Minako Tanaka, Ayumi Tsukasaki, Shusaku goto
doi :https : //doiorg/101021/acse바카라3c09484

바카라 수화물

"Burning Ice"라고도 알려진 바구니 모양의 물 분자에서 바카라 (CH₄)가있는 흰색 얼음 같은 재료 저온 및 고압 조건에서만 안정적이며, 대륙 마진의 바카라와 육지의 영구 동토층 구역에서 자연에서 분포됩니다 일본 근처의 물에는 모래 입자의 틈을 메우기 위해 개발 된 많은 유형의 모래 층 유형과 표면 층 유형이있는 것으로 알려져 있으며, 각각 일본의 태평양과 바다에 분포 된 바카라 아래의 얕은 진흙 층에서 덩어리를 형성하도록 개발되었습니다[참조로 돌아 가기]

안정적인 동위 원소 추적기

동위 원소는 원자가이지만 다른 질량 수 (원자량)를 가진 요소이며 방사능은 안정적이며 안정적인 동위 원소라고합니다 예를 들어, 유기물을 구성하는 탄소 (원자 번호 6, 요소 기호 C)는 탄소 12 (¹²C) 및 Carbon 13 (¹³c) 후자는 본질적으로 1%에 불과합니다 탄소 13과 같은 매우 적은 양의 안정적인 동위 원소를 인위적으로 풍부하게함으로써 추적자로서 이들을 함유하는 화합물을 사용하여 화학 반응 및 질량 전달을 매우 민감하게 추적 할 수 있습니다 이번에는 탄소 13 내지 99%로 농축 된 바카라을 사용하여 실험을 수행했습니다[참조로 돌아 가기]

지질

바카라학적 조직에서 추출 된 물질은 물에 용해되지 않으며 헥산과 같은 유기 용매에 용해됩니다 그것은 주로 탄소와 수소를 함유하는 탄화수소 골격을 가지고 있으며, 세포막을 구성하는 지방산과 콜레스테롤을 함유합니다 탄화수소 골격은 분해하기가 어렵 기 때문에 퇴적물에서 박테리아 고고를 감지하고 바이오 매스 (바이오 매스)를 추정하는 데 사용됩니다[참조로 돌아 가기]

호기성 바카라 산화 박테리아

아래에 나열된 반응을 통해 산소를 사용하여 바카라을 소비 할 수있는 박테리아에 대한 일반적인 용어
ch₄+ 2O₂→ HCO₃^-+ H₂O + H⁺ [참조로 돌아 가기]

anaerobic Methane Oxidation Archea

산소에 의존하지 않고 바카라을 소비 할 수있는 고풍 유기체의 일반적인 용어 전형적인 예는 황산염 환원 박테리아와 공동으로, 해수에 함유 된 황산을 사용하여 다음 반응을 수행합니다 질산, 철 및 망간을 사용한 기타 알려진 반응을 이용할 수 있습니다
ch₄+ so₄^{2 -}→ HCO₃^-+ HS^-+ H₂O[참조로 돌아 가기]

16S rrna

박테리아 및 고고를 포함한 원핵 바카라에 존재하는 리보솜의 성분은 바카라학적 단백질 합성을 수행합니다 RNA 분자, 16S rRNA는 그것을 암호화하는 DNA 분자 인 16S rRNA 유전자보다 합성 및 분해 가능성이 더 높아진다 환경에서 16S rRNA의 세심한 추출은 대사 (활성) 미바카라을 직접 검출 할 수있게한다 16S rRNA 서열 정보는 미바카라 종을 분류하는 데 사용됩니다[참조로 돌아 가기]

안정적인 동위 원소 프로브 방법

탄소 13 (¹³c)로 농축 된 화합물을 추가 한 후 특정 기간 동안 미바카라을 배양 한 후,¹³C 농축 물 화합바카라 분해되고 취해지고, 비법 미생물 RNA 분자보다 무거운 미생물 RNA 분자는 초 원심 분리에 의해 분리되고, 다수의 기본 서열은 차세대 시퀀서를 사용하여 한 번에 결정된다¹³이것은 C를 포함하는 미바카라 종의 매우 민감한 식별을위한 방법입니다 이는 고감도 안정 동위 원소 프로브 (SIP) 방법으로도 알려져 있습니다[참조로 돌아 가기]

화학 합성

광합성의 경우, 빛의 에너지에 의존하지 않고 바카라 및 황화수소와 같은 무기 물질의 화학 반응 에너지를 사용한 유기 물질의 합성 심해 열수 통풍구 및 바카라 스프링은 미생물의 화학적 합성에 기초한 화학 합성 생태계를 함유하고있다[참조로 돌아 가기]