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5.9F: Anoxische Kohlenwasserstoffoxidation - Biologie

5.9F: Anoxische Kohlenwasserstoffoxidation - Biologie


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Anoxische Kohlenwasserstoffoxidation kann verwendet werden, um toxische Kohlenwasserstoffe, wie Rohöl, in anaeroben Umgebungen abzubauen.

Lernziele

  • Beschreiben Sie den Prozess der anoxischen Kohlenwasserstoffoxidation in Bezug auf die Meeresumwelt

Wichtige Punkte

  • Kohlenwasserstoffe sind organische Verbindungen, die vollständig aus Wasserstoff und Kohlenstoff bestehen.
  • Die meisten Kohlenwasserstoffe kommen natürlicherweise in Rohöl vor, wo zersetzte organische Stoffe eine Fülle von Kohlenstoff und Wasserstoff liefern. Die Verbrennung von Kohlenwasserstoffen ist die primäre Energiequelle heutiger Zivilisationen.
  • Die anaerobe Oxidation von Methan (AOM) ist ein mikrobieller Prozess, der in anoxischen Meeressedimenten auftritt. AOM gilt als ein sehr wichtiger Prozess, der die Emission von Methan (einem Treibhausgas) aus dem Ozean in die Atmosphäre um bis zu 90 % reduziert.

Schlüsselbegriffe

  • methanotroph: Die Fähigkeit, Methan als einzige Kohlenstoff- und Energiequelle zu metabolisieren.
  • syntrophisch: Wenn eine Art von den Produkten einer anderen Art lebt.
  • anoxisch: Sauerstoffmangel.

Kohlenwasserstoffe sind organische Verbindungen, die vollständig aus Wasserstoff und Kohlenstoff bestehen. Die meisten Kohlenwasserstoffe kommen natürlicherweise in Rohöl vor, wo zersetzte organische Stoffe eine Fülle von Kohlenstoff und Wasserstoff liefern. Die Verbrennung von Kohlenwasserstoffen ist die primäre Energiequelle heutiger Zivilisationen.

Rohöl enthält aromatische Verbindungen, die für die meisten Lebensformen giftig sind. Ihre Freisetzung in die Umwelt durch Verschüttungen durch den Menschen und natürliche Versickerungen kann schädliche Auswirkungen haben. Meeresumwelten sind besonders gefährdet. Trotz seiner Toxizität wird ein beträchtlicher Teil des in Meeressysteme gelangenden Rohöls durch die kohlenwasserstoffabbauenden Aktivitäten mikrobieller Gemeinschaften eliminiert. Obwohl früher angenommen wurde, dass Kohlenwasserstoffverbindungen nur in Gegenwart von Sauerstoff abgebaut werden können, zeigt die Entdeckung anaerober Kohlenwasserstoff abbauender Bakterien und Stoffwechselwege, dass der anaerobe Abbau von Kohlenwasserstoffen natürlich erfolgt.

Die fakultativ denitrifizierenden Proteobakterien Aromatoleum Aromatikum Stamm EbN1 war der erste, der als anaerober Kohlenwasserstoffabbauer mit Toluol oder Ethylbenzol als Substrate bestimmt wurde. Einige sulfatreduzierende Bakterien können Kohlenwasserstoffe wie Benzol, Toluol, Ethylbenzol und Xylol reduzieren und wurden verwendet, um kontaminierte Böden zu reinigen. Das Genom der eisenreduzierenden und kohlenwasserstoffabbauenden Spezies Geobacter metallireducens wurde vor kurzem festgestellt.

Die anaerobe Oxidation von Methan (AOM) ist ein mikrobieller Prozess, der in anoxischen Meeressedimenten auftritt. Dabei wird der Kohlenwasserstoff Methan mit Sulfat als terminalem Elektronenakzeptor oxidiert: CH4 + SO42- → HCO3- + HS + H2O. Es wird angenommen, dass AOM durch eine syntrophische Aggregation methanotropher Archaeen und sulfatreduzierender Bakterien vermittelt wird, obwohl die genauen Mechanismen dieser syntrophischen Beziehung noch wenig verstanden sind. AOM wird als ein sehr wichtiger Prozess angesehen, um die Emission von Methan (einem Treibhausgas) aus dem Ozean in die Atmosphäre zu reduzieren. Es wird geschätzt, dass fast 90% des gesamten Methans, das aus Meeressedimenten entsteht, durch diesen Prozess anaerob oxidiert wird. Neuere Untersuchungen haben gezeigt, dass einige syntrophische Paarungen Methan mit Nitrat anstelle von Sulfat oxidieren können.


5.9F: Anoxische Kohlenwasserstoffoxidation - Biologie

Wir wissen, dass Ozon durch Licht mit einer Wellenlänge von 330 nm oder weniger photolysiert wird, um Sauerstoffmoleküle und Sauerstoffatome zu erzeugen. Stickoxide erzeugen bei der Photolyse auch Sauerstoffatome.

In der Stratosphäre reagiert das Sauerstoffatom am häufigsten mit molekularem Sauerstoff, um Ozon zu regenerieren. Die Troposphäre enthält im Gegensatz zur Stratosphäre erhebliche Konzentrationen an Wasserdampf und Wasser reagiert schneller mit O als O2.

Das Produkt OH ist ein sehr reaktives Molekül. Tagsüber, wenn Photolyse möglich ist, liegt es immer in einer sehr geringen, aber konstanten Konzentration in der Luft vor. Zeichnen Sie die Lewis-Struktur. Sagt Ihnen das, warum es so reaktiv ist?

Oxidation von Kohlenwasserstoff

Kohlenwasserstoffe werden ständig von Lebewesen oder durch die Zersetzung von Lebewesen auf der Erde freigesetzt. Nur Methan hat eine ausreichend hohe Konzentration, um in der Molekültabelle der Atmosphäre aufgeführt zu werden. Warum ist das so?

Alle Kohlenwasserstoffe reagieren in Luft zu Kohlenmonoxid und dann durch eine Reihe von Reaktionen zu Kohlendioxid. Der erste Schritt ist immer die Reaktion zwischen dem Kohlenwasserstoff und dem Hydroxylradikal. Bei Alkanen abstrahiert der Hydroxylrest ein Wasserstoffatom und bildet einen kohlenstoffzentrierten Rest.

Da eine O-H-Bindung stärker ist als eine C-H-Bindung, ist dieser Schritt exotherm.

Bei Alkenen und Alkinen addiert sich das elektronenarme Hydroxylradikal an die Mehrfachbindung.

Das kohlenstoffzentrierte Radikal reagiert dann mit molekularem Sauerstoff. Es gibt viele Schritte danach, die letztendlich Kohlendioxid und Wasser ergeben.

Verbrennungsenthalpie

Die Reaktionen, bei denen aus Kohlenwasserstoffen in der Atmosphäre Kohlendioxid und Wasser entstehen, setzen die gleiche Energiemenge frei wie die Verbrennung dieser Kohlenwasserstoffe. Wir können die Verbrennungsenthalpie messen, indem wir die Kohlenwasserstoffe in einem Kalorimeter verbrennen. Diese Enthalpie kann auch berechnet werden mit hF Werte.

Betrachten wir die Verbrennung (oder Luftoxidation) von Ethan. Wie viel Wärme wird bei der Umwandlung von 1 Mol Ethan in Kohlendioxid und Wasser freigesetzt? Der erste Schritt besteht darin, die ausgeglichene Gleichung für die Reaktion von 1 Äquivalent Ethan aufzuzeigen.

Als nächstes konsultieren wir eine Tabelle der Bildungsenthalpiewerte.

Mit diesen Werten berechnen wir die Reaktionsenthalpie. Da die Enthalpie eine thermodynamische Zustandsfunktion ist, hängt sie nicht vom Weg ab. Die Verbrennung von Ethan in einem Kessel und die Luftoxidation von Ethan müssen die gleiche Energiemenge freisetzen, da ihre Reaktionen von denselben Molekülen ausgehen und mit denselben Molekülen enden.


Abstrakt

Unter methanogenen und sulfatreduzierenden Bedingungen wurde der biologische Abbau zweier Rohöle durch Mikroorganismen aus einem zuvor mit Erdgaskondensat kontaminierten anoxischen Grundwasserleiter untersucht. Künstlich verwittertes Rohöl von Alaska North Slope stimulierte sowohl die Methanogenese als auch die Sulfatreduktion stark. Die gaschromatographische Analyse ergab den gesamten n-Alkanfraktion dieses Öls (C13−C34) wurde unter beiden Bedingungen verbraucht. Naphthalin, 2-Methylnaphthalin und 2-Ethylnaphthalin wurden ebenfalls biologisch abgebaut, jedoch nur in Gegenwart von Sulfat. Alba-Rohöl, das auf natürliche Weise erschöpft ist n-Alkane, führte zu einer relativ bescheidenen Stimulierung der Methanogenese und der Sulfatreduktion. Der biologische Abbau von polyzyklischen aromatischen Kohlenwasserstoffen war ähnlich dem, der für das Rohöl Alaska North Slope gefunden wurde, aber ein breiteres Spektrum von Verbindungen wurde metabolisiert, einschließlich 2,6-Dimethylnaphthalin und 2,7-Dimethylnaphthalin in Gegenwart von Sulfat. Diese Ergebnisse zeigen, dass n-Alkane sind relativ labil, und ihr biologischer Abbau in terrestrischen Umgebungen wird nicht unbedingt durch die Verfügbarkeit von Elektronenakzeptoren eingeschränkt. Polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe sind relativ widerstandsfähiger, und der biologische Abbau dieser Substrate schien sulfatabhängig und homologspezifisch zu sein. Diese Informationen sollten nützlich sein, um die Grenzen des biologischen Abbaus von Rohöl in situ in terrestrischen Umgebungen zu bewerten und Entscheidungen über risikobasierte Korrekturmaßnahmen zu treffen.

Aktuelle Adresse: AstraZeneca R&D Lund, S-221 87 Lund, Schweden.

ExxonMobil Research and Engineering Co.

Korrespondenzautor Telefon: (405)325-5761 Fax: (405)325-7541 E-Mail: [email protected]


Beispiele für Kohlenwasserstoffe in folgenden Themen:

Anoxische Kohlenwasserstoffoxidation

  • Anoxisch Kohlenwasserstoff Oxidation kann verwendet werden, um Giftstoffe abzubauen KohlenwasserstoffeB. Rohöl, in anaeroben Umgebungen.
  • Kohlenwasserstoffe sind organische Verbindungen, die vollständig aus Wasserstoff und Kohlenstoff bestehen.
  • Die Verbrennung von Kohlenwasserstoffe ist die primäre Energiequelle der heutigen Zivilisationen.
  • Obwohl man das mal dachte Kohlenwasserstoff Verbindungen konnten nur in Gegenwart von Sauerstoff abgebaut werden, die Entdeckung anaerober Kohlenwasserstoff-abbauende Bakterien und Stoffwechselwege zeigen, dass der anaerobe Abbau von Kohlenwasserstoffe kommt natürlich vor.
  • Mikroben können verwendet werden, um Giftstoffe abzubauen Kohlenwasserstoffe in anaeroben Umgebungen.

Aerobe Kohlenwasserstoffoxidation

  • Mikroben können nutzen Kohlenwasserstoffe über eine schrittweise Oxidation von a Kohlenwasserstoff durch Sauerstoff erzeugt Wasser und nacheinander einen Alkohol, einen Aldehyd oder ein Keton, eine Carbonsäure und dann ein Peroxid.
  • Beachten Sie die Anwesenheit von Sauerstoff und definieren Sie dies als aerob Kohlenwasserstoff Oxidation.
  • Es gibt Beispiele für anaerobe Kohlenwasserstoff Oxidation, auf die hier nicht eingegangen wird.
  • Biotenside verstärken die Emulgierung von Kohlenwasserstoffe, haben das Potenzial zur Löslichkeit Kohlenwasserstoff Verunreinigungen und erhöhen ihre Verfügbarkeit für den mikrobiellen Abbau.
  • Diskutieren Sie die Vorteile von Organismen, die aerob durchmachen können Kohlenwasserstoff Oxidation

Polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe

  • Es kann polyzyklische Aromaten mit hohem Molekulargewicht abbauen Kohlenwasserstoffe von 4 und 5 Ringen.
  • Polyzyklisch aromatisch Kohlenwasserstoffe (PAK), auch bekannt als polyaromatisch Kohlenwasserstoffe oder mehrkernig aromatisch Kohlenwasserstoffe, sind in zu sehen.
  • Es kann polyzyklische Aromaten mit hohem Molekulargewicht abbauen Kohlenwasserstoffe von 4 und 5 Ringen.
  • Ein Bild mit drei Beispielen für polyzyklische Aromaten Kohlenwasserstoffe.
  • Erkennen Sie verschiedene Quellen für polyzyklische Aromaten Kohlenwasserstoffe und Entfernungsmittel (bio-, phy

Industrielle Mikroorganismen

  • Corynebacterium kann auch bei der Steroidkonversion und beim Abbau von Kohlenwasserstoffe.
  • Abbau von Kohlenwasserstoffe ist der Schlüssel zum Abbau und zur Beseitigung von Umweltgiften.
  • Gegenstände wie Kunststoffe und Öle sind Kohlenwasserstoffe Die Verwendung von Mikroorganismen, die diese Verbindungen abbauen können, ist für den Umweltschutz von entscheidender Bedeutung.

Endophyten und Pflanzen

  • Das Beimpfen von Nutzpflanzen mit bestimmten Endophyten kann zu einer erhöhten Krankheits- oder Parasitenresistenz führen, während andere Stoffwechselprozesse besitzen können, die Zellulose und andere Kohlenstoffquellen in "Mycodiesel" umwandeln. Kohlenwasserstoffe und Kohlenwasserstoff Derivate.

Biologischer Abbau von Erdöl

  • Einige Mikroorganismen produzieren Enzyme, die eine Vielzahl chemischer Verbindungen abbauen können, einschließlich Kohlenwasserstoffe wie Öl.
  • Abgesehen von Kohlenwasserstoffe, Rohöl enthält zusätzliche giftige Verbindungen wie Pyridin.

Der Abbau synthetischer Chemikalien in Böden und Wasser

  • Beispiele für solche Verunreinigungen sind polychlorierte Biphenyle (PCBs), polyaromatische Kohlenwasserstoffe (PAKs), Chlorethene und pharmazeutische Substanzen.
  • Kohlenwasserstoffe und von ihren Derivaten wurde lange angenommen, dass sie nur in Gegenwart von Sauerstoff abgebaut werden.

Kaltseep-Ökosysteme

  • Ein kalter Seep ist ein Bereich des Meeresbodens, in dem Schwefelwasserstoff, Methan und andere Kohlenwasserstoff-reiches Austreten von Flüssigkeit tritt auf.
  • Ein Cold Sicker (manchmal auch als Cold Vent bezeichnet) ist ein Bereich des Meeresbodens, in dem Schwefelwasserstoff, Methan und andere Kohlenwasserstoff-reiches Versickern von Flüssigkeit tritt auf, oft in Form eines Solebeckens.

Eisenoxidation

  • G. metallireducens) können giftig sein Kohlenwasserstoffe B. Toluol als Kohlenstoffquelle, besteht ein erhebliches Interesse daran, diese Organismen als Bioremediationsmittel in eisenhaltigen kontaminierten Grundwasserleitern zu verwenden .

Carotinoide und Phycobiline

  • Carotinoide können im Allgemeinen nicht von Arten im Tierreich hergestellt werden, daher erhalten Tiere Carotinoide in ihrer Nahrung und können sie auf verschiedene Weise im Stoffwechsel verwenden. Es gibt über 600 bekannte Carotinoide, die in zwei Klassen unterteilt werden, Xanthophylle (die Sauerstoff enthalten) und Carotine (die sind rein Kohlenwasserstoffe, und enthalten keinen Sauerstoff).
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Methanogenese

Die Methanogenese ist eine Form der anaeroben Atmung, die Kohlenstoff als Elektronenakzeptor verwendet und zur Produktion von Methan führt.

Lernziele

Erkennen Sie die mit der Methanogenese verbundenen Merkmale

Die zentralen Thesen

Wichtige Punkte

  • Kohlendioxid oder Essigsäure sind die am häufigsten verwendeten Elektronenakzeptoren in der Methanogenese.
  • Mikroben, die Methan produzieren können, werden als Methanogene bezeichnet. Sie wurden nur aus der Domäne Archaea identifiziert – einer Gruppe, die sich phylogenetisch von Eukaryoten und Bakterien unterscheidet.
  • Die Produktion von Methan ist eine wichtige und weit verbreitete Form des mikrobiellen Stoffwechsels. In den meisten Umgebungen ist dies der letzte Schritt bei der Zersetzung von Biomasse.
  • Methan ist ein wichtiges Treibhausgas. Durch den Abbau von Zellulose durch Methanogene stößt eine Kuh durchschnittlich etwa 250 Liter Methan pro Tag aus. Daher trägt die groß angelegte Aufzucht von Rindern zur Fleischgewinnung erheblich zur globalen Erwärmung bei.

Schlüsselbegriffe

  • Methanthiol: Ein farbloses Gas, ein Thiol mit einem Geruch nach faulem Kohl, das natürlicherweise in Pflanzen und Tieren vorkommt.
  • Cofaktor: Eine Substanz, insbesondere ein Coenzym oder ein Metall, die vorhanden sein muss, damit ein Enzym funktioniert.
  • Fermentation: Eine von vielen anaeroben biochemischen Reaktionen, bei denen ein Enzym (oder mehrere von einem Mikroorganismus produzierte Enzyme) die Umwandlung einer Substanz in eine andere katalysiert, insbesondere die Umwandlung (mit Hilfe von Hefe) von Zuckern in Alkohol oder Essigsäure unter Bildung von Kohlendioxid.

Methanogenese oder Biomethanisierung ist eine Form der anaeroben Atmung, die Kohlenstoff als terminalen Elektronenakzeptor verwendet, was zur Produktion von Methan führt. Der Kohlenstoff stammt aus einer kleinen Anzahl organischer Verbindungen mit niedrigem Molekulargewicht, wie Kohlendioxid, Essigsäure, Ameisensäure (Formiat), Methanol, Methylaminen, Dimethylsulfid und Methanthiol. Die beiden am besten beschriebenen Wege der Methanogenese verwenden Kohlendioxid oder Essigsäure als terminalen Elektronenakzeptor:

Methanogenese von Acetat: Acetat wird durch Methanogenese, eine Art anaerober Atmung, zu Methan abgebaut.

Die Biochemie der Methanogenese ist relativ komplex. Es umfasst die Coenzyme und Cofaktoren F420, Coenzym B, Coenzym M, Methanofuran und Methanopterin.

Mikroben, die Methan produzieren können, werden als Methanogene bezeichnet. Sie wurden nur aus der Domäne Archaea identifiziert – eine Gruppe, die sich phylogenetisch von Eukaryoten und Bakterien unterscheidet –, obwohl viele in enger Verbindung mit anaeroben Bakterien leben. Die Produktion von Methan ist eine wichtige und weit verbreitete Form des mikrobiellen Stoffwechsels und in den meisten Umgebungen der letzte Schritt beim Abbau von Biomasse.

Während des Zerfalls werden Elektronenakzeptoren (wie Sauerstoff, Eisen(III)-Sulfat und Nitrat) aufgebraucht, während sich Wasserstoff (H2), Kohlendioxid und leichte organische Stoffe, die durch die Fermentation produziert werden, ansammeln. In fortgeschrittenen Stadien des organischen Zerfalls erschöpfen sich alle Elektronenakzeptoren mit Ausnahme von Kohlendioxid, das ein Produkt der meisten katabolen Prozesse ist. Es ist nicht wie andere potentielle Elektronenakzeptoren erschöpft.

In Abwesenheit anderer Elektronenakzeptoren als Kohlenstoff können nur Methanogenese und Fermentation stattfinden. Die Fermentation ermöglicht nur den Abbau größerer organischer Verbindungen und erzeugt kleine organische Verbindungen. Die Methanogenese entfernt effektiv die Halbendprodukte des Zerfalls: Wasserstoff, kleine organische Stoffe und Kohlendioxid. Ohne Methanogenese würde sich in anaeroben Umgebungen viel Kohlenstoff (in Form von Fermentationsprodukten) ansammeln.

Die Methanogenese tritt auch im Darm von Menschen und anderen Tieren auf, insbesondere von Wiederkäuern. Im Pansen verdauen anaerobe Organismen, einschließlich Methanogenen, Cellulose in für das Tier verwertbare Formen. Ohne diese Mikroorganismen könnten Tiere wie Rinder kein Gras verzehren. Die nützlichen Produkte der Methanogenese werden vom Darm aufgenommen. Methan wird vom Tier hauptsächlich durch Aufstoßen (Aufstoßen) freigesetzt. Eine durchschnittliche Kuh stößt pro Tag etwa 250 Liter Methan aus. Einige, aber nicht alle Menschen geben Methan in ihren Blähungen ab!

Einige Experimente deuten sogar darauf hin, dass Blattgewebe lebender Pflanzen Methan abgeben, obwohl andere Untersuchungen darauf hinweisen, dass die Pflanzen selbst kein Methan produzieren, sondern nur Methan aus dem Boden absorbieren und es dann durch ihr Blattgewebe abgeben. Es mag noch einen unbekannten Mechanismus geben, durch den Pflanzen Methan produzieren, aber das ist keineswegs sicher.

Methan ist eines der wichtigsten Treibhausgase der Erde mit einem 25-mal höheren Treibhauspotenzial als Kohlendioxid (gemittelt über 100 Jahre). Daher trägt das bei der Methanogenese bei Nutztieren produzierte Methan erheblich zur globalen Erwärmung bei.

Auch die Methanogenese kann nutzbringend genutzt werden. Es ist der primäre Weg, der organisches Material in Deponien abbaut (das große Mengen Methan in die Atmosphäre freisetzen kann, wenn es unkontrolliert bleibt) und kann verwendet werden, um organische Abfälle zu behandeln und nützliche Verbindungen herzustellen. Biogenes Methan kann gesammelt und als nachhaltige Alternative zu fossilen Brennstoffen genutzt werden.


Anaerobe Oxidation kurzkettiger Alkane in hydrothermalen Sedimenten: mögliche Einflüsse auf den Schwefelkreislauf und die mikrobielle Diversität

Kurzkettige Alkane spielen weltweit eine wesentliche Rolle beim Kohlenstoff- und Schwefelkreislauf in kohlenwasserstoffreichen Umgebungen, dennoch haben nur wenige Studien den Metabolismus von Ethan (C-2), Propan (C-3) und Butan (C-4) untersucht anoxische Sedimente im Gegensatz zu Methan (C-1). In hydrothermalen Quellensystemen werden kurzkettige Alkane über relativ kurze geologische Zeitskalen durch thermogene Prozesse gebildet und liegen oft in hohen Konzentrationen vor. Die sedimentbedeckten hydrothermalen Schlotsysteme im Middle Valley (MV Juan de Fuca Ridge) sind ein idealer Standort für die Untersuchung der anaeroben Oxidation von C-1-C-4-Alkanen angesichts der erhöhten Temperaturen und gelösten Kohlenwasserstoffspezies, die für diese metallhaltigen Sedimente charakteristisch sind. Wir untersuchten, ob mikrobielle MV-Gemeinschaften C-1-C-4-Alkane unter mesophilen bis thermophilen sulfatreduzierenden Bedingungen oxidierten. Hier präsentieren wir Daten von diskreten Temperatur (25, 55 und 75 Grad C) anaeroben Batch-Reaktor-Inkubationen von MV-Sedimenten, ergänzt mit einzelnen Alkanen. Co-registrierte Alkanverbrauchs- und Sulfatreduktions-(SR)-Messungen liefern klare Beweise für die mit SR verbundene C-1-C-4-Alkanoxidation im Zeit- und Temperaturverlauf. In diesen anaeroben Batch-Reaktor-Sedimenten zeigte 16S ribosomale RNA-Pyrosequenzierung, dass Deltaproteobakterien, insbesondere eine neue sulfatreduzierende Linie, die wahrscheinlichen Phylotypen sind, die die Oxidation von C-2-C-4-Alkanen vermitteln. Die maximalen C-1-C-4-Alkan-Oxidationsraten traten bei 55 °C auf, was das Temperaturprofil der Sedimente in der Mitte des Kerns widerspiegelt und frühere Studien zu Geschwindigkeitsmaxima für die anaerobe Oxidation von Methan (AOM) bestätigt. Von den untersuchten Alkanen wurde C-3 mit der höchsten Geschwindigkeit über die Zeit oxidiert, dann C-4, C-2 bzw. C-1. Die Implikationen dieser Ergebnisse werden im Hinblick auf die potenzielle Konkurrenz zwischen der anaeroben Oxidation von C-2-C(4)-Alkanen mit AOM um verfügbare Oxidationsmittel und dem Einfluss auf das Schicksal von C-1 aus diesen hydrothermalen Systemen diskutiert.


Promotionsprojekt zum Kohlenwasserstoffstoffwechsel in Archaea

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Arbeitgeber

Arbeitsbeschreibung

In diesem Projekt werden wir mikrobielle Schlüsselakteure in unterirdischen Umgebungen untersuchen – Mitglieder der Domäne Archaea, die unter anoxischen Bedingungen Methan oder andere natürliche Öl- und Gasbestandteile verbrauchen können. Viele dieser Taxa kooperieren mit sulfatreduzierenden Bakterien, um den Kohlenwasserstoffabbau durchzuführen. Der erfolgreiche Bewerber arbeitet mit natürlichen Anreicherungen dieser rätselhaften Mikroben und kann eine Vielzahl molekularer Methoden und biogeochemischer Ansätze anwenden, um relevante Umweltprozesse im mikrobiellen Kohlenwasserstoffstoffwechsel zu identifizieren. Es gibt mehrere neuartige Biomoleküle zu entdecken, die ausschließlich von dieser Gruppe von Mikroorganismen produziert werden.

Anaerobe Oxidation von Methan, Kohlenstoffstoffwechsel, Alkanen, Methanogenese, Archaeen

Der Bewerber benötigt einen MSc. Abschluss (oder gleichwertig) in Biowissenschaften oder verwandten Bereichen. Kenntnisse und Interessen in Mikrobiologie, Molekularbiologie/Bioinformatik und Biochemie sind wichtig. Die Bewerberin/der Bewerber sollte bereit sein, an schiffsgestützten Forschungsexpeditionen teilzunehmen und in einem interdisziplinären Team am MPI Bremen und Partnerinstitutionen mitzuarbeiten.


ZUKÜNFTIGE FRAGEN

Wie sind Kohlenwasserstoffquellen mit den umgebenden benthischen und pelagischen Umgebungen verbunden? Ändert sich diese Konnektivität?

Komplexere biogeochemische und analytische chemische Ansätze werden benötigt, um den mikrobiellen Metabolismus an Seeps unter Quasi-in-situ-Bedingungen zu verfolgen und aufzuteilen.

Entwicklung von In-situ-Instrumenten und Messinstrumenten, um die Geschwindigkeiten und die Kapazität der biogeochemischen Verarbeitung an Kohlenwasserstoffquellen zu dokumentieren (siehe Seitenleiste mit dem Titel Outlook).

Wie werden die Ozeanversauerung und die Erwärmung des Tiefenwassers die Biogeochemie von Kohlenwasserstoffquellen beeinflussen?

Welche Faktoren begrenzen die Fähigkeit von mikrobiellen Sickergemeinschaften, auf sich ändernde Kohlenwasserstoffflussregime zu reagieren?

AUSBLICK

Die Auswirkungen von Cold Seeps sind nicht auf den Meeresboden beschränkt, wie jüngste Berichte belegen, die die Versickerung des Meeresbodens und Oberflächenprozesse in Wassertiefen von >1.000 m in Verbindung bringen, was die Rolle der Cold Seeps bei der Modulation der benthisch-pelagischen Kopplung unterstreicht. Konnektivität ist kein neues Konzept, aber eine solche benthisch getriebene Dynamik erfordert, dass wir die Skalen, auf denen wir die Sickerwirkung(en) betrachten, und die Art und Weise, wie wir diese Wirkungen in Modelle integrieren, grundlegend überarbeiten. Die Quantifizierung von Seep-Flüssen erfordert die Entwicklung verbesserter chemischer Sensoren (Methan, Sauerstoff und Sulfid), die in Plattformen mit akustischen Doppler-Stromprofilern integriert sind. Die Bedeutung der Stoffwechselphaseneinstellung ist ein Fortschritt, aber es bleibt noch viel zu entdecken, wie die anaerobe Oxidation von Methan mit verschiedenen Elektronenakzeptanzprozessen über Raum und Zeit gekoppelt ist. Um die Regulation und Dynamik mikrobieller Prozesse an Seeps zu verstehen, sind in-situ-Aktivitäten und Experimente unter realistischen Bedingungen [d. h. quasi in situ T, (Substrat), Druck] erforderlich.

Cold Seeps sind in einzigartiger Weise anfällig für Störungen, die aus dem globalen Wandel resultieren. Ozeanversauerung, Erwärmung des Wassers und die Ausbreitung von hypoxischen/anoxischen Bedingungen können Sicker-Ökosysteme grundlegend verändern. Erwärmendes Wasser kann oberflächliche Methanhydratvorkommen destabilisieren und den Methan- und Ölfluss in die ozeanische Wassersäule erhöhen. Oberflächenverletzende Gashydrate hemmen nicht nur den Methanfluss, sondern verlangsamen auch den Ölaustrag. Die Destabilisierung dieser Hydrate könnte den Fluss von Kohlenwasserstoffen durch die Sedimente erhöhen, die Effizienz des Verbrauchs verringern und den Austausch zwischen benthischen und pelagischen Kompartimenten fördern. Es ist von entscheidender Bedeutung, die Faktoren zu identifizieren, die die Fähigkeit von sickernden mikrobiellen Gemeinschaften regulieren, auf erhöhte Kohlenwasserstoffflüsse zu reagieren. Da Cold Seeps oft nährstoffbegrenzt sind, könnten erhöhte Kohlenwasserstoffflüsse die Nährstofflimitierung verschlimmern und die Effizienz des benthischen Kohlenwasserstoff-Biofilters verringern.



Bemerkungen:

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