Металлоферментные подписи в аутигенных карбонатах Чукотского пограничья в западной части Северного Ледовитого океана.

Том 12 научных отчетов, номер статьи: 16597 (2022 г.) Цитировать эту статью

1082 Доступа

3 Альтметрика

Подробности о метриках

Миграция богатых метаном флюидов на подводных холодных выходах приводит к интенсивной микробной активности и осаждению аутигенных карбонатов. В этом исследовании мы проанализировали образцы аутигенных карбонатов микробного происхождения, недавно извлеченные из активных газогидратных курганов на юго-западном склоне Чукотского пограничья (ЧБ) в западной части Северного Ледовитого океана. Нашей основной целью было охарактеризовать закономерности распределения микроэлементов в карбонатных липидных фракциях для оценки потребности микробов в металлоферментах, участвующих в анаэробном окислении метана (АОМ). Мы измерили стабильные изотопы, микроэлементы, липидные биомаркеры и геномную ДНК, и результаты указывают на доминирование липидных биомаркеров, связанных с АОМ, в исследованных карбонатных образцах, а также на преимущественное появление анаэробных метанотрофных архей (ANME)-1. Мы также сообщаем о значительном преимущественном обогащении различных микроэлементов (Li, Ni, Co, Cu, Zn и Mo) в общих липидных фракциях карбонатов ХБ по сравнению с элементным составом, определенным для соответствующих карбонатных фракций, который отличается от ранее полученных. сообщается для других сайтов просачивания. Мы предполагаем, что обогащение микроэлементами липидных фракций, содержащих карбонаты, может варьироваться в зависимости от типа микробного комплекса АОМ. Необходима дополнительная работа для дальнейшего изучения механизмов использования липидсвязанных микроэлементов в карбонатах холодных сипов в качестве потенциальных металлоферментов в АОМ.

Холодные просачивания происходят на окраинах океана по всему миру1,2, что соответствует эманациям богатой метаном жидкости с морского дна в толщу воды3,4. Скорость просачивания восстановленных флюидов может существенно различаться на морском дне5, что приводит к широкому спектру окислительно-восстановительных условий в подземных отложениях при холодных просачиваниях6. Ключевым биогеохимическим процессом в подводных метановых выходах является анаэробное окисление метана (АОМ), которое эффективно потребляет значительную часть метана, выбрасываемого в вышележащую толщу воды7,8. Во время АОМ уровень щелочности в окружающих поровых водах сильно возрастает из-за образования биокарбоната (HCO3-), что способствует перенасыщению карбонатов и выпадению осадков2,9. Соответственно, аутигенные карбонатные осадки обычно встречаются в холодных просачиваниях10,11, которые могут служить архивом для исследования событий выброса метана как в современных, так и в древних просачиваниях12,13.

АОМ обычно опосредуется консорциумом анаэробных метанотрофных архей (ANME) и сульфатредуцирующих бактерий (SRB)14,15. Однако недавние исследования также показали, что ANME могут также использовать другие акцепторы электронов, такие как оксигидроксиды, богатые марганцем (Mn) и железом (Fe), для ускорения окисления метана в холодных просачиваниях16. Примечательно, что другие микроэлементы, такие как никель (Ni), кобальт (Co), молибден (Mo), вольфрам (W) и цинк (Zn), также могут участвовать в АОМ, выступая в качестве кофакторов ферментов17,18. Большинство этих результатов было получено в результате культуральных экспериментов17,19. Недавнее исследование впервые охарактеризовало геохимию микроэлементов общих фракций липидов, сохранившихся в аутигенных карбонатах из различных источников по всему миру, таких как Конго, глубоководные районы Нила, Нигерские конусы и Мексиканский залив20, предполагая, что такой подход может быть использован для выявления следов металлов, необходимых для микробной активности в холодных просачиваниях. В предыдущем исследовании сообщалось о заметном обогащении Ni, Co, Mo и W липидных фракций, содержащих карбонаты, которые были связаны с ранее выявленными ферментативными путями, участвующими в AOM20. Тем не менее, информация о том, как на АОМ могут влиять изменения биодоступности микроэлементов в холодных просачиваниях, остается скудной.

Недавно в Чукотском приграничье (ЧБ) западной части Северного Ледовитого океана были обнаружены насыпные структуры газогидратов21. Геохимическая информация о происхождении выделяемого газа и свойствах поровой жидкости была получена внутри этой курганной структуры во время экспедиции НИС ARAON ARA09C в 2018 году22. Однако до сих пор биогеохимические признаки, сохранившиеся в аутигенных карбонатах, в этих вновь открытых газах не исследованы. гидратные холмики. В этом исследовании мы даем подробную геохимическую характеристику серии образцов аутигенных карбонатов с использованием стабильных изотопов кислорода и углерода и минералогии, а также содержания микроэлементов, липидных биомаркеров и нуклеиновых кислот. Основные цели этого исследования заключались в том, чтобы: i) оценить ключевые факторы окружающей среды, контролирующие осаждение карбонатов в курганах CB, ii) охарактеризовать характеристики геохимических и микробных сообществ в курганах CB и iii) оценить роль микроэлементов в микробной активности, связанной с АОМ. путем сравнения наших новых данных по геохимическим и микробным характеристикам CB с данными, полученными ранее на других просачиваниях по всему миру20. Мы стремились проверить гипотезу о том, что специфическое обогащение микроэлементами общих липидных фракций, экстрагированных из аутигенных карбонатов, может указывать на преимущественное использование микроэлементов различными сообществами ANME. Наше исследование проливает новый свет на потребности микробов, участвующих в АОМ, в металлоферментах.