금속을 미생물에 제공하면 온실 가스를 줄일 수 있습니다.

금속을 미생물에 제공하면 온실 가스를 줄일 수 있습니다.
새로운 연구에 따르면 미생물이 필요한 금속을 얻지 못할 때 그 결과는 이전에 이해된 것보다 더 중요할 수 있습니다
날짜:
2022년 6월 15일
원천:
세인트루이스에 있는 워싱턴 대학교
요약:
공동 연구는 이용 가능한 금속의 부족이 이전에 생각했던 것보다 더 많은 아산화질소의 원인이 될 수 있음을 발견했습니다.

당신과 나처럼 미생물도 건강을 유지하기 위해 식단에 약간의 금속이 필요합니다. 금속은 미생물이 음식을 완전히 "소화"하도록 돕습니다. 좋은 식사 후에 질산염을 화학적으로 환원시켜 에너지를 얻는 미생물은 무해한 부산물인 질소를 방출합니다. 질소는 지구 대기의 78%를 구성하는 기체입니다.

그러나 특히 구리와 같은 금속을 사용할 수 없는 경우 이 미생물은 탈질소화라고 하는 생화학적 "소화" 과정을 완료할 수 없습니다. 질소를 방출하는 대신 강력한 온실 가스인 아산화질소를 방출합니다.

순수 배양을 사용한 이전 연구실 연구에서는 구리 가용성이 탈질소에 중요함을 보여주었습니다. 현재 McKelvey School of Engineering의 Walter E. Browne 환경 공학 교수인 Daniel Giammar와 St. Louis에 있는 Washington University의 지구 및 행성 과학 예술 및 과학 교수인 Jeffrey Catalano의 연구실에서 수행한 연구는 다음과 같습니다. 이 미생물이 집이라고 부르는 복잡하고 역동적인 수중 환경에서 탈질에 사용할 수 있는 구리가 항상 충분하지 않을 수 있음을 보여주었습니다.

그들의 연구는 6월 15일 Geochimica et Cosmochimica Acta 저널에 게재되었습니다 .

"비커의 재료는 환경의 재료와 동일하지 않습니다."라고 Giammar는 말했습니다. "우리 접근 방식의 큰 부분은 실제 환경 시스템에서 실제 재료를 가져와 실험실로 가져와 통제된 방식으로 보는 것이었습니다."

이 발견은 아산화질소의 방출과 관련하여 구리의 엄청난 역할을 강조합니다. Giammar 연구실의 박사 과정 학생인 Neha Sharma는 "정기적인 배경 수준에서 이러한 시스템에는 공정을 수행하기에 충분한 금속이 없을 수 있습니다.

아산화질소는 세 번째로 강력한 온실 가스이고 그 중 50%가 수생 생태계의 미생물에서 유래하기 때문에 중요합니다.

구리가 이러한 시스템에서 가스 방출에 어떤 영향을 미치는지 더 잘 이해하기 위해 Sharma와 Catalano 연구실의 선임 과학자인 Elaine Flynn이 소스를 찾아갔습니다. 미국 에너지부(DOE)의 3개 연구소(Oak Ridge 및 Argonne 국립 연구소, Savannah River Site)와 협력하여 Sharma와 Flynn은 습지와 강바닥에서 미생물을 수집했습니다. 그들이 시스템에 얼마나 많은 구리가 있는지 분석했을 때, 그들은 완전한 탈질소화에 충분하지 않다는 것을 깨달았습니다.

Sharma는 "그런 다음 구리를 수동으로 추가하면 아산화질소 방출에 영향을 미치는지 확인하고 싶었습니다."라고 말했습니다. 그게했다. "모든 아산화질소는 다른 물질로 전환되었지만" 유해한 온실 가스는 없습니다.

이 발견은 온난화 대기를 억제하는 새로운 방법을 가리킬 수 있다고 Sharma는 말했습니다. "우리가 자연계에 약간의 금속을 넣으면 N2O의 방출을 완화할 수 있습니다."라고 그녀는 말했습니다. 또한 기후를 연구하는 연구자에게 보다 즉각적인 효과를 줄 수 있습니다.

"현재 다양한 시스템에서 가스 방출을 예측하는 모델은 이러한 요소를 설명하지 않습니다."라고 Sharma가 말했습니다. "그들은 식량 가용성이나 온도와 같은 요소가 온실 가스 방출에 영향을 줄 수 있다는 것을 알고 있지만 온실 가스의 이러한 측면에 대한 금속의 영향은 포함하지 않습니다."

극도의 복잡성

사람들이 기후에 대해 진정으로 이해하고 유용한 예측을 하려면 기후 모델이 특정 생태계에 존재하는 모든 실제 복잡성을 통합해야 합니다.

5월에 ACS Earth & Space Chemistry 저널에 발표된 또 다른 연구에서는 Savannah River Site의 강기슭 습지 토양과 Oak Ridge 국립 연구소 근처의 하천 퇴적물에서 나온 4가지 다른 금속의 거동을 분석했습니다.

Zhen "Jason" He의 에너지, 환경 및 화학 공학 교수 실험실의 박사 과정 학생인 Zixuan Wang과 Sharma를 포함한 연구팀은 금속이 수중일 때 금속의 가용성이 변하는지 알고 싶었습니다. 적은 양의 산소) 대 공기에 노출되었을 때.

팀은 미생물의 생화학적 반응에 중요한 네 가지 금속이 모두 비슷하게 작용할 것이라고 믿을 만한 이유가 있었습니다. 그러나 놀랍게도 금속은 유사한 상황에서 다르게 작용했습니다.

"이것은 특정 금속의 생체이용률이 계절에 따라 변한다는 것을 의미합니다"라고 Sharma는 말했습니다. "그것은 자연계의 극도의 복잡성을 강조할 뿐입니다."

이러한 복잡성을 파악하려면 다양한 전문가와 파트너가 필요합니다.

"우리는 환경 엔지니어입니다. 우리는 항상 '이것이 왜 중요한가요? 이것이 기후에 어떤 영향을 미칠까요? 무엇을 할 수 있습니까?'라고 생각합니다."라고 Giammar는 말했습니다. "하지만 또한 우리는 연구에 강력한 지구화학 관점을 부여한 주 연구원인 Jeffrey Catalano와 협력했습니다."

DOE 연구소로부터 자금 지원 및 분수령에 대한 접근과 함께 이 연구는 DOE의 지식 기반에도 기여하고 있습니다.

그것은 생지화학적 기능 또는 유역과 그 거주자들에 대한 연구인 "유역 기능"의 퍼즐의 한 조각을 더 제공합니다. 한편, 다른 분야의 다른 연구자들도 마찬가지입니다.

지식은 사람들이 유역과 기후의 관계를 이해하는 방식을 바꿀 수 있습니다.

Giammar가 말했습니다. "그래서 저는 이 복잡한 환경에 들어가는 것이 중요하다고 생각합니다."