作者哈里森·塔索夫，加州大学圣巴巴拉分校 研究人员从马尾藻海取回水样
信用:大卫瓦伦丁 碳氢化合物和石油在环境科学中几乎是同义词
毕竟，石油储量几乎占了我们遇到的所有碳氢化合物
但是少数几个可以追溯到生物来源的碳氢化合物可能比科学家最初怀疑的发挥了更大的生态作用
加州大学圣巴巴拉分校和伍兹霍尔海洋学研究所的一组研究人员调查了这个以前被忽视的海洋学领域，寻找被忽视的全球循环的迹象
他们还测试了它的存在会如何影响海洋对石油泄漏的反应
UCSB大学地球科学系诺里斯主席大卫·瓦伦丁教授说:“我们证明了在海洋中存在着一个巨大而快速的碳氢化合物循环，它不同于海洋对石油输入的反应能力。”
这项由他的研究生埃莉诺·阿林顿和康纳·洛夫领导的研究发表在《自然微生物学》上
2015年，由剑桥大学科学家领导的一个国际团队发表了一项研究，证明十五烷碳氢化合物是由实验室培养的海洋蓝细菌产生的
研究人员推断这种化合物在海洋中可能很重要
瓦伦丁解释说，这种分子似乎可以缓解弯曲膜的压力，所以它可以在叶绿体等物质中找到，在叶绿体中，紧密堆积的膜需要极大的弯曲
某些蓝细菌仍然合成这种化合物，而其他海洋微生物很容易消耗它作为能量
瓦伦丁和伍兹霍尔的克里斯·雷迪一起为这篇论文撰写了两页的评论，并决定与阿林顿和洛夫一起进一步探讨这个话题
他们在2015年访问了墨西哥湾，然后在2017年访问了西大西洋，收集样本并进行实验
该小组在大西洋一个营养贫乏的地区马尾藻海取样，马尾藻海是以从墨西哥湾卷进来的漂浮海藻命名的
瓦伦丁说:“这是一片美丽、清澈、湛蓝的海水，中间夹着百慕大群岛。”
获取样本显然是一项相当棘手的工作
因为十五烷是柴油中常见的碳氢化合物，研究小组必须采取额外的预防措施，以避免船只本身的污染
他们让船长将船转向风，这样废气就不会污染样本，他们分析了柴油的化学特征，以确保它不是他们发现的任何十五烷的来源
海洋上层生产和消费大量十五烷
信用:大卫瓦伦丁 此外，当研究人员在收集海水时，没有人可以在甲板上抽烟、做饭或画画
“那是件大事，”瓦伦丁说，“我不知道你是否在船上呆过很长一段时间，但你每天都画画
这就像金门大桥:你从一端开始，当你到达另一端时，是时候重新开始了
" 预防措施奏效了，研究小组恢复了原始海水样本
“2017年探险后，站在伍兹霍尔的气相色谱仪前，很明显样品是干净的，没有柴油的迹象，”合著者洛夫说
“十五烷是明确无误的，甚至在我们采集的第一批样本中就已经显示出清晰的海洋学模式
" 由于它们在世界海洋中的巨大数量，洛夫继续说道，“仅仅两种海洋蓝细菌每年向海洋中添加的碳氢化合物就比所有其他类型的石油向海洋中的输入总和多500倍，包括天然石油渗漏、石油泄漏、燃料倾倒和陆地径流
“这些微生物每年总共生产3-6亿吨十五烷，这个数量使1
所有其他来源释放的300万公吨碳氢化合物
虽然这些数量令人印象深刻，但它们有点误导
作者指出十五烷循环覆盖了地球表面的40%或更多，超过一万亿个十五烷负载的蓝细菌细胞悬浮在世界海洋的阳光照射区域
然而，这些细胞的生命周期通常不到两天
因此，研究人员估计，在任何给定的时间，海洋中只含有大约200万公吨十五烷
“这是一个快速旋转的轮子，”瓦伦丁解释道，“所以在任何时间点上，实际存在的量都不是特别大。”
“每两天你生产和消耗海洋中所有的十五烷，”他说
未来，研究人员希望将微生物的基因组学与它们的生理学和生态学联系起来
该团队已经有了几十种生物的基因组序列，这些生物繁殖后会消耗样本中的十五烷
瓦伦丁说:“这里的信息量大得令人难以置信，我认为这揭示了我们对许多消耗碳氢化合物的生物体的生态有多少不了解
" 在确认了这种生物碳氢化合物循环的存在和规模后，研究小组试图解决这样一个问题，即它的存在是否会引发海洋分解溢出的石油
阿林顿解释说，关键问题是这些大量消耗十五烷的微生物是否在石油泄漏清理过程中起到了资产的作用
为了研究这一点，他们将戊烷——一种类似十五烷的石油碳氢化合物——加入到从墨西哥湾天然石油渗漏处不同距离采集的海水中
十五烷在海洋中循环的数量使石油中碳氢化合物的输入相形见绌
然而，十五烷循环中涉及的微生物不太可能处理来自石油的碳氢化合物的化学复杂性
信用:大卫瓦伦丁 他们测量了每个样本的总呼吸，以了解吃戊烷的微生物繁殖需要多长时间
研究人员假设，如果十五烷循环真的让微生物也开始消耗其他碳氢化合物，那么所有的样本都会以相似的速度繁殖
但事实并非如此
石油渗漏处附近的样本迅速形成了水华
瓦伦丁说:“在添加戊烷的一周内，我们看到了大量的人口发展。”
“离得越远，速度就越慢，直到你在北大西洋时，你可以等上几个月，再也看不到花开
“事实上，在马萨诸塞伍兹霍尔的考察结束后，阿林顿不得不留下来，继续对来自大西洋的样本进行实验，因为这些水华花了很长时间才出现
有趣的是，研究小组还发现了属于另一个生命领域——古细菌——的微生物也可能在十五烷循环中发挥作用的证据
“我们了解到，一群神秘的、全球丰富的微生物——尚未在实验室中驯化——可能是由表层海洋中的十五烷提供燃料的，”合著者阿林顿说
结果提出了一个问题，为什么庞大的十五烷循环对石化戊烷的分解没有影响
“石油不同于十五烷，”瓦伦丁说，“你需要了解它们之间的区别，以及石油实际上是由什么化合物组成的，才能了解海洋中的微生物将如何对其做出反应。”
" 最终，微生物消耗戊烷的常用基因与十五烷的不同
阿林顿说:“与由氰杆菌产生的十五烷相比，生活在百慕大近海清澈水域的微生物更不可能遇到石化戊烷，因此更不可能携带消耗戊烷的基因。”
瓦伦丁继续说，大量不同的微生物物种可以消耗十五烷，但这并不意味着它们也可以消耗其他碳氢化合物，特别是考虑到石油中存在的碳氢化合物结构的多样性
海洋生物产生的普通碳氢化合物不到十几种，包括十五烷和甲烷
同时，石油包含成千上万种不同的碳氢化合物
更重要的是，我们现在看到能够分解复杂石油产品的生物倾向于更多地生活在天然石油渗漏点附近
瓦伦丁称这种现象为“生物地理引发”——当海洋微生物种群适应特定地理区域的特定能源时
“我们在这项工作中看到的是十五烷和石油之间的区别，”他说，“这对于理解不同的海洋区域如何应对石油泄漏是很重要的
" 像马尾藻海这样营养贫乏的环流占据了地球表面令人印象深刻的40%
但是，忽略了陆地，这仍然留下了30%的地球去探索其他的生物碳氢化合物循环
瓦伦丁认为，生产率较高地区的生产过程会更加复杂，或许会为石油消费提供更多的启动资金
他还指出，自然界生物碳氢化合物生产的蓝图为开发下一代绿色能源的努力带来了希望
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