คาร์บอนเป็นส่วนประกอบสำคัญของสิ่งมีชีวิตทั้งหมดบนโลกของเรา วัฏจักรคาร์บอนควบคุมการปล่อยและดูดซับคาร์บอนจากแหล่งธรรมชาติหลายแห่ง รวมถึงมหาสมุทร ดิน กระบวนการธรณีเคมี และการปล่อยของมนุษย์ เพื่อรักษาสมดุลที่ละเอียดอ่อนขององค์ประกอบที่สำคัญนี้ในโลกของเรา การเพิ่มขึ้นของก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์และมีเธนในชั้นบรรยากาศมีส่วนรับผิดชอบต่อผลกระทบด้านลบของการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศที่เกิดขึ้นในเวอร์จิเนียและทั่วโลก
งานวิจัยใหม่ที่ Virginia Tech, University of Bremen
และ Max Planck Institute for Marine Microbiology ได้เปิดเผยว่าจุลินทรีย์สองชนิด ได้แก่ methanogens และ methanotrophs แบบไม่ใช้ออกซิเจน – สามารถผลิตคาร์บอนที่เป็นองค์ประกอบซึ่งเรียกว่า amorphous carbon สำหรับนักวิจัยที่ศึกษาเกี่ยวกับเมทาโนเจนและเมทาโนโทรฟแบบไม่ใช้ออกซิเจน การค้นพบนี้ท้าทายความคาดหวังก่อนหน้านี้ทั้งหมดว่าจุลินทรีย์สามารถทำอะไรได้บ้าง และให้ความกระจ่างทางวิทยาศาสตร์เกี่ยวกับคำถามที่น่าสนใจบางข้อ
ทำไมจุลินทรีย์เหล่านี้จึงสร้างคาร์บอนอสัณฐานได้? คาร์บอนอสัณฐานถูกผลิตในปริมาณมากพอที่จะส่งผลกระทบต่อวัฏจักรคาร์บอนบนโลกหรือไม่? Robert White ศาสตราจารย์กิตติคุณด้าน ชีวเคมีแห่งวิทยาลัยเกษตรศาสตร์และวิทยาศาสตร์สิ่งมีชีวิตกล่าวว่า “เราไม่เคยคิดว่าคาร์บอนอสัณฐานสามารถผลิตได้จากสิ่งมีชีวิต เพราะโดยปกติแล้วปฏิกิริยาเคมีที่รุนแรงนั้นจำเป็นต่อการก่อตัวของคาร์บอนนี้” “นี่เป็นรายงานครั้งแรกเกี่ยวกับคาร์บอนอสัณฐานที่เกิดจากสิ่งมีชีวิตใดๆ บนโลก และเราสนใจอย่างมากถึงผลกระทบที่อาจเกิดขึ้นกับวัฏจักรคาร์บอน” การค้นพบของพวกเขาได้รับการตีพิมพ์ในวารสาร Science Advances ของ American Association for the Advancement of Science
คาร์บอนอสัณฐานเป็นรูปแบบหนึ่งของธาตุคาร์บอนที่ไม่มีโครงสร้างผลึกแข็งแบบกราไฟต์หรือเพชร สารนี้มักก่อตัวขึ้นภายใต้อุณหภูมิและความดันสูง หรือระหว่างการเผาไหม้ของสารอินทรีย์ ที่หนึ่งที่สามารถพบคาร์บอนอสัณฐานได้คือในเตาผิงของคุณในฤดูหนาว เมื่อคุณเผาฟืน ความเข้มของความร้อนจะสร้างปฏิกิริยาที่ทำให้ไม้สลายตัวและทิ้งเขม่าดำขี้เถ้าไว้เบื้องหลัง สารตกค้างนั้นประกอบด้วยคาร์บอนอสัณฐาน
เมทาโนเจนหรือจุลินทรีย์ที่ผลิตมีเทนได้กระตุ้นความสนใจ
ของนักวิทยาศาสตร์มาช้านาน เนื่องจากมีบทบาทในการผลิตและปล่อยมีเทนซึ่งเป็นก๊าซเรือนกระจกที่มีศักยภาพออกสู่สิ่งแวดล้อม จุลินทรีย์จะเจริญเติบโตในพื้นที่ที่มีอินทรียวัตถุเน่าเสียจำนวนมากและมีออกซิเจนต่ำ เช่น พื้นที่ชุ่มน้ำ หลุมฝังกลบ และกระเพาะวัว เนื่องจากจุลินทรีย์เหล่านี้กินผลิตภัณฑ์ที่สลายตัวของสารอินทรีย์ พวกมันจึงผลิตก๊าซมีเทน
ก๊าซมีเทนที่ผลิตโดยก๊าซมีเทนเหล่านี้คิดเป็นร้อยละ 90 ของก๊าซมีเทนที่ผลิตทางชีวภาพ โดยร้อยละ 31 มาจากวัวเพียงอย่างเดียว ในช่วงหลายปีที่ผ่านมา นักวิจัยของเมทาโนเจนได้สังเกตเห็นจุดสีดำเล็กๆ ก่อตัวขึ้นภายในวัฒนธรรมของแบคทีเรียในระหว่างการทดลอง พวกเขาตั้งสมมติฐานว่าจุดนั้นคือไอรอนซัลไฟด์ ซึ่งเป็นวัสดุสีดำอีกชนิดหนึ่งที่มักก่อตัวขึ้นในอาหารเลี้ยงมีเทน
ในการทดลองอื่น ๆ กับ methanotrophs แบบไม่ใช้ออกซิเจน นักวิจัยพบวัสดุสีดำมากขึ้น Methanotrophs แบบไม่ใช้ออกซิเจนเป็นจุลินทรีย์ที่เจริญเติบโตในพื้นที่ที่มีออกซิเจนต่ำ แต่จะชอบพื้นมหาสมุทรมากกว่า เมื่อพวกมันกินมีเทนที่ซึมออกมาจากพื้นมหาสมุทร พวกมันจะเปลี่ยนเป็นก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์
Kylie Allen ผู้เขียนนำของการศึกษาและผู้ช่วยศาสตราจารย์ด้านชีวเคมีของวิทยาลัยเกษตรและวิทยาศาสตร์สิ่งมีชีวิตและคณาจารย์ในเครือกล่าวว่า “ฉันสงสัยมาตลอด เช่นเดียวกับผู้เชี่ยวชาญด้านเมทาโนเจนคนอื่นๆ หลายคนว่าวัสดุสีดำนี้คืออะไร” ของFralin Life Sciences Institute “เราเคยคิดว่ามันเป็นธาตุเหล็กซัลไฟด์ที่สะสมอยู่ในวัฒนธรรมมีเทน แต่ methanotrophs แบบไม่ใช้ออกซิเจนจะผลิตสิ่งสีดำเหล่านี้มากกว่า”
ด้วยความอยากรู้อยากเห็น นักวิจัยเกี่ยวกับเมทาโนเจนสองสามคนจากทั่วโลกจึงรวมตัวกันและเริ่มเจาะลึกและวิเคราะห์มากขึ้นในจุดลึกลับเหล่านี้Gunter Wegener นักวิทยาศาสตร์อาวุโสของ MARUM Center for Marine Environmental Sciences และ Max Planck Institute for Marine Microbiology ได้เพาะเลี้ยง methanotroph แบบไม่ใช้ออกซิเจนและส่งพวกมันไปยัง Virginia Tech เพื่อวิเคราะห์เพิ่มเติม เขาเป็นหัวหน้าห้องทดลองเพียงไม่กี่แห่งในโลกที่สามารถเพาะเลี้ยงจุลินทรีย์ที่อาศัยอยู่ในมหาสมุทรได้
หลังจากได้รับ methanotrophs แบบไม่ใช้ออกซิเจนจาก Wegener แล้ว Allen และ White ก็เริ่มแยกและวิเคราะห์คาร์บอนอสัณฐานจาก methanogens และ methanotroph แบบไม่ใช้ออกซิเจน
Robert J. Bodnar, GC Garvin ศาสตราจารย์ธรณีเคมีใน แผนกธรณีศาสตร์ ของเวอร์จิเนียเทค ใน วิทยาลัยวิทยาศาสตร์และ Matthew Sublett Jr. อดีตนักศึกษาระดับบัณฑิตศึกษาในแผนกเดียวกัน ได้ใช้ Raman spectroscopy เพื่อยืนยันการมีอยู่ของคาร์บอน- ที่มีสารในวัฒนธรรมเหล่านี้ที่มีลักษณะคล้ายกับคาร์บอนอสัณฐาน
Xu Feng ผู้จัดการนักวิทยาศาสตร์ของห้องปฏิบัติการวิเคราะห์พื้นผิวในภาควิชา เคมี ของเวอร์จิเนีย เทค ใช้เอ็กซเรย์โฟโตอิเล็กตรอนสเปกโทรสโกปีและการวิเคราะห์องค์ประกอบเพื่อพิสูจน์ว่าสสารสีดำนั้นประกอบด้วยคาร์บอนบริสุทธิ์เป็นหลัก ความลึกลับนี้ได้รับการแก้ไขแล้ว แต่ตอนนี้สิ่งใหม่ ๆ ปรากฏขึ้นในการปลุก
“ในสิ่งมีชีวิตเหล่านี้ เราเห็นการสะสมของคาร์บอนอสัณฐาน และดูเหมือนว่าพวกมันจะสร้างมันขึ้นมาโดยตั้งใจ หรือไม่ก็เป็นผลพลอยได้จากเมแทบอลิซึมของพวกมัน” อัลเลน ซึ่งเป็นบริษัทในเครือของ Fralin Life Sciences Institute กล่าว “แต่เรายังไม่รู้ว่าเป็นตัวไหน นี่คือสิ่งที่เราต้องการค้นหาในอนาคต”
อัลเลนยืนยันว่านักวิจัยยังอีกยาวไกลในการระบุผลกระทบต่อวัฏจักรคาร์บอน แต่เป็นไปได้ว่าคาร์บอนอสัณฐานจะมีบทบาทในการควบคุมคาร์บอน
คาร์บอนอสัณฐานเป็นคาร์บอนในรูปแบบที่ค่อนข้าง “ไม่ทำปฏิกิริยา” หลักฐานที่มีอยู่อย่างจำกัดแสดงให้เห็นว่าคาร์บอนอสัณฐานสามารถแตกตัวได้ตามธรรมชาติในดิน แต่กระบวนการนี้เกิดขึ้นช้ามากและไม่มาก คาร์บอนที่เกิดจาก methanotrophs แบบไม่ใช้ออกซิเจนบนพื้นมหาสมุทรอาจถูกขังอยู่ลึกเข้าไปในส่วนบนของเนื้อโลก เนื่องจากแผ่นเปลือกโลกเคลื่อนตัวทับกัน “คาร์บอนลึก” นี้สามารถนำกลับคืนสู่ชั้นบรรยากาศได้ในภายหลังในรูปของ CO2 โดยการกำจัดก๊าซจากภูเขาไฟ ซึ่งเป็นกระบวนการที่จะเกิดขึ้นในกรอบเวลาทางธรณีวิทยาที่ยาวนานมากเช่นกัน
นักวิจัยทราบว่าคาร์บอนรูปแบบนี้ผลิตโดยมีทาโนเจนและเมทาโนโทรฟแบบไม่ใช้ออกซิเจน แต่พวกเขายังไม่ทราบว่ามีเท่าใด Wegener คาดการณ์ว่าการก่อตัวของอสัณฐานคาร์บอนอาจชี้ไปที่อ่างเก็บคาร์บอนใหม่หรือส่วนหนึ่งของวัฏจักรคาร์บอนที่สามารถดูดซับคาร์บอนไดออกไซด์จากชั้นบรรยากาศได้
Wegener กล่าวว่า “ยังไม่ชัดเจนว่ามีธาตุคาร์บอนเกิดขึ้นจากจุลินทรีย์ในธรรมชาติและอาศัยอยู่ที่ใด” Wegener กล่าว “ยิ่งกว่านั้น เนื่องจากคาร์บอนถูกสะสมอยู่ในตะกอนและยังคงอยู่เป็นเวลานาน ผลลัพธ์ของเราอาจชี้ไปที่ก่อนหน้านี้ อ่างคาร์บอนธรรมชาติที่ไม่รู้จัก”
credit: seasidestory.net libertyandgracereformed.org monalbumphotos.net sybasesolutions.com tennistotal.net sacredheartomaha.org mycoachfactoryoutlet.net nomadasbury.com womenshealthdirectory.net sysconceuta.com
