Bacteriile și alți microbi sunt singurul lucru care va curăța în cele din urmă deversarea de petrol în curs în Golful Mexic

curăța

Înscrieți-vă pentru buletinele informative gratuite ale Scientific American.

"data-newsletterpromo_article-image =" https://static.scientificamerican.com/sciam/cache/file/CF54EB21-65FD-4978-9EEF80245C772996_source.jpg "data-newsletterpromo_article-button-text = butonul" Înscrieți-vă "data-newsletter -link = "https://www.scientificamerican.com/page/newsletter-sign-up/?origincode=2018_sciam_ArticlePromo_NewsletterSignUp" name = "articleBody" itemprop = "articleBody">

Ultima (și singura) apărare împotriva deversării de petrol Deepwater Horizon în Golful Mexic este mică - miliarde de microbi care mestecă hidrocarburi, cum ar fi Alcanivorax borkumensis. De fapt, motivul principal pentru utilizarea a peste 830.000 de litri de dispersanți chimici pe pata de petrol atât deasupra cât și sub suprafața mării este acela de a sparge uleiul în picături mai mici pe care bacteriile le pot consuma mai ușor.

„Dacă petrolul se află în picături foarte mici, degradarea microbiană este mult mai rapidă”, spune ecologul microbian Kenneth Lee, director al Centrului pentru Cercetări Offshore de Petrol, Gaz și Energie din cadrul Fisheries and Oceans Canada, care a măsurat picăturile de petrol din Golful Mexicului pentru a determina eficacitatea utilizării dispersantului. "Dispersanții pot stimula, de asemenea, creșterea microbiană. Bacteriile vor mesteca dispersanții, precum și uleiul."

Timp de decenii, oamenii de știință au urmărit modificări genetice care ar putea spori capacitatea acestor microbi de a mesteca scurgerile de petrol, fie pe uscat sau pe mare. Chiar și geneticianul Craig Venter a prognozat o astfel de aplicație săptămâna trecută în timpul dezvăluirii primei celule sintetice din lume, iar unul dintre primele brevete asupra unui organism modificat genetic a fost un microb care consumă hidrocarburi, notează microbiologul Ronald Atlas de la Universitatea din Louisville. Dar nu există semne ale unor astfel de organisme puse în funcțiune în afara laboratorului.

„Microbii sunt disponibili acum, dar nu sunt eficienți în cea mai mare parte”, spune Jay Grimes, microbiolog marin de la Universitatea din Mississippi de Sud. În acest moment, nu există microbi antropici care să fie mai eficienți decât cei naturali în utilizarea hidrocarburilor.

Lumea naturală este plină de o mulțime de organisme care se combină ca o comunitate pentru a descompune petrolul - și niciun microb unic, oricât ar fi de îmbunătățit genetic, nu s-a dovedit mai bun decât această apărare naturală. „În fiecare ocean pe care îl privim, de la Antarctica la Arctica, există bacterii care degradează petrolul”, spune Atlas, care a evaluat microbii genetici și alte idei de curățare în urma scurgerii de petrol Exxon-Valdez din Alaska. "Petrolul are mii de compuși. Este complex și comunitățile care se hrănesc cu el sunt complexe. Un superbug eșuează deoarece concurează cu această comunitate care este adaptată mediului."

Nici nu este ușor să ajute comunitățile existente de mii de microbi, cum ar fi diferite specii de Vibrio și Pseudomonade, să mănânce uleiul mai repede - experimentele de însămânțare au eșuat în general. „Microbii seamănă foarte mult cu adolescenții, sunt greu de controlat”, spune chimistul marin Chris Reddy de la Woods Hole Oceanographic Institution. „Conceptul conform căruia natura va mânca totul nu este corect, cel puțin nu pe intervalul de timp de care ne îngrijorăm”.

La fel ca și automobilul dvs., aceste bacterii și ciuperci care locuiesc în marină folosesc hidrocarburile drept combustibil - și, ca rezultat, emit dioxid de carbon (CO2) cu efect de seră. În esență, microbii descompun structurile inelare ale hidrocarburilor din uleiul de mare folosind enzime și oxigen din apa de mare. Rezultatul final este uleiul antic transformat în biomasă bacteriană modernă - populațiile pot crește exponențial în câteva zile. "În Golful Mexic există o populație indigenă [de microbi] adaptată la petrol din cauza traficului maritim și a deversărilor zilnice. Petrolul nu este nou", spune Lee, care a monitorizat și penele de petrol sub suprafață. "Există atât de multe scurgeri naturale în întreaga lume încât, dacă nu ar fi microbi, am avea mult petrol în oceane".

Deja, măsurătorile de epuizare a oxigenului cu până la 30% în apa de mare din Golful Mexic sugerează că microbii lucrează din greu consumând ulei. „Eu consider că epuizarea cu 30 la sută a oxigenului din apa din apropierea uleiului indică degradarea bacteriană”, spune Atlas.

Acest lucru se întâmplă cel mai bine în apropierea suprafeței, fie pe uscat, fie pe mare, unde bacteriile cu apă caldă, cum ar fi Thalassolituus oleivorans, pot prospera; apele mai reci și mai adânci inhibă creșterea microbiană. „Metabolismul încetinește cu aproximativ un factor de doi sau trei la fiecare 10 grade Celsius pe care le scade în temperatură”, notează biogeochimistul David Valentine de la Universitatea din California, Santa Barbara, care tocmai a primit finanțare de la National Science Foundation pentru a caracteriza răspuns microbian la scurgerea de petrol în curs. „Lucrurile mai adânci se vor întâmpla foarte încet, deoarece temperatura este atât de scăzută.”

Din păcate, tocmai acolo pare să ajungă o parte din petrolul Deepwater Horizon. „Au văzut petrolul la o adâncime de 800 până la 1.400 de metri”, spune ecologul microbian Andreas Teske de la Universitatea din Carolina de Nord din Chapel Hill, al cărui student absolvent Luke McKay se afla pe vasul de cercetare Pelican care a raportat pentru prima dată astfel de pene subterane - așa cum a prezis micile -experimente la scară, cum ar fi SUA Proiectul Servicii de gestionare a mineralelor "Deep Spill". „Este fie la suprafață, fie agățat în coloana de apă și, eventual, se scufundă până la sediment.”

Cu toate acestea, microbii sunt singurul proces care descompune petrolul mai adânc în apă, departe de procesele fizice de la suprafață, cum ar fi evaporarea sau valurile. „Apele adânci sunt predominant microbiene” atunci când vine vorba de degradarea petrolului, deși aceste comunități nu sunt la fel de bine studiate ca cele de la suprafață, notează geochimistul microbian Samantha Joye de la Universitatea din Georgia. "Atâta timp cât există oxigen în jur, acesta va fi mestecat."

Pentru a înțelege modul în care vor funcționa microbii și cât de repede, totuși, va necesita o mai bună înțelegere a cantității de petrol care există. „Este o funcție a mărimii și nu știm mărimea”, spune Joye. "Trebuie să știm cât de mult se scurge petrol. Fără aceste informații nu putem începe să facem niciun fel de calcul al cererii potențiale de oxigen sau altceva". BP admite acum că estimarea sa inițială de aproximativ 200.000 de galoane pe zi a fost mult prea mică, fără a oferi o alternativă; experți independenți au oferit estimări de până la patru milioane de galoane pe zi.

Este posibil să adăugați îngrășăminte, cum ar fi fierul, azotul și fosforul, pentru a stimula creșterea acestor bacterii, o abordare utilizată pentru a accelera activitatea microbiană în sedimentele de-a lungul coastei Alaska după deversarea Exxon-Valdez. „Am văzut o creștere de trei până la cinci ori a ratei biodegradării”, spune Atlas, sugerând că tehnica s-ar putea dovedi eficientă și de-a lungul coastei inundate de petrol din Louisiana. „Au fost sute de kilometri de țărm, cel mai mare proiect de bioremediere existent vreodată”.

Dar asta este strict pe uscat. "În ocean, cum păstrați nutrienții cu uleiul?" Întreabă Lee. "Este mult mai ușor să adăugați la sol. De aceea nu vedeți bioremediere în oceanul deschis". Și aerarea solurilor în zonele umede poate avea propriile probleme; Lee a încercat cultivarea zonelor umede îmbibate de petrol din Nova Scoția, unde oxigenul era limitat pentru a crește activitatea microbiană. "Asta nu a funcționat. Ca urmare, am avut o eroziune mare", spune el. "Dacă petrolul ajunge la țărm, recomandarea noastră a fost să lăsăm petrolul în pace și să lăsăm natura să o facă."

Dar sedimentul, indiferent dacă este mocirlul mlaștinii din Louisiana sau fundul adânc al oceanului, suferă de o lipsă de oxigen. Asta înseamnă că depinde de microbi anaerobi - organisme străvechi care trăiesc prin sulfat, mai degrabă decât oxigen - să facă treaba murdară de a consuma deversarea. „Ceea ce s-a întâmplat în 10 zile aerob, a durat 365 de zile pentru a se produce anaerob”, spune Atlas despre defalcarea petrolului în urma deversării Amoco Cadiz în largul coastei Franței în 1978. Adaugă Teske: „Componentele grele se scufundă în sedimentarea și formarea unui covor uleios sau gudronat sau îngroparea. Apoi sunt mult mai greu de degradat. "

Astfel de medii anaerobe se pot dezvolta local în apa de mare însăși, datorită unei aprovizionări gata de ulei și microbi înfloriți dornici să-l devoreze. În apele adânci, unde se amestecă mai puțin cu apele de suprafață pentru a furniza surse proaspete de oxigen, poate rezulta o zonă moartă. „Nu se schimbă cu atmosfera”, notează Joye. "Odată ce oxigenul dispare, cum îl vei înlocui? Nu se va amesteca de furtunile de iarnă". Aceasta este o veste proastă pentru descompunerea rapidă a petrolului, precum și pentru corali Lophelia și alte vieți sessile în ape adânci.

În același timp, adăugarea a 130.000 de galoane de dispersanți adânc sub suprafață are efecte incerte; poate chiar ajunge să distrugă microbii pe care este menit să-i ajute datorită faptului că Corexit 9527A conține solventul 2-butoxietanol, care este un cancerigen uman cunoscut și toxic pentru animale și alte vieți. Dar SUA Agenția pentru Protecția Mediului, Administrația Națională Oceanică și Atmosferică și altele monitorizează dacă adăugarea unor astfel de dispersanți duce la creșterea creșterii microbilor și, prin urmare, la epuizarea periculoasă a nivelului de oxigen, printre alte potențiale efecte negative asupra mediului.

Nici nu este clar cât de repede va răspunde comunitatea microbiană. „Ce comunități microbiene răspund cel mai rapid?” Întreabă Teske. „Ar fi interesant de știut” și această deversare de petrol poate oferi răspunsul din lumea reală. Unele cercetări sugerează că deversările de petrol se pot hrăni singuri cu azot stimulând creșterea diferitelor bacterii care fixează nutrienții vitali, notează Joye. În același timp, prădătorii microbieni, cum ar fi protozoarele, tind să diminueze eficiența potențialilor microbi consumatori de ulei.

Oamenii de știință lucrează încă la desfășurarea unor consumatori de ulei cunoscuți, cum ar fi Alcanivorax, sub formă de brațe cu îngrășăminte cu eliberare lentă și microbi. În experimente, astfel de brațe microbiene au consumat păcură grea în două luni și „apa uzată experimentală a fost suficient de curată pentru a fi eliberată înapoi în mare”, spune geneticianul de mediu Peter Golyshin de la Universitatea Bangor din Țara Galilor. Dar "în Golful Mexic, cantitatea de petrol este pur și simplu prea mare. Petrolul se dispersează, dar nu există suficient [azot] și [fosfor] pentru a alimenta creșterea bacteriană".

În cele din urmă, doar microbii pot elimina petrolul din ocean. „Pe termen lung, biodegradarea este cea care elimină cea mai mare parte a uleiului din mediu în aceste situații”, spune Lee. Sau, după cum spune Joye, „Sunt deștepți, sunt duri, pot să mănânce unghii ... Microbii trebuie să ne salveze din nou”.

Indiferent, uleiul va rămâne mult timp în mediu. Microbii descompun hidrocarburile în „săptămâni până la luni până la ani, în funcție de compuși și concentrații - nu ore sau zile”, notează Atlas. "O mare parte din gudronul real sau compușii asfaltului nu sunt ușor supuși atacului microbian Gudron. Gudronul tinde să persiste. Asfaltul tinde să persiste."

Valentine adaugă: „Nu am face drumuri din ele dacă bacteriile le-ar mânca”.