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发现生活在水力压裂井内的新细菌属

研究人员分析了生活在页岩油和天然气井中的微生物的基因组,他们发现了可持续生态系统的证据,这些生态系统的存在部分地由他们称为“Frackibacter”的前所未见的细菌类型组成。俄亥俄州立大学的研究人员及其同事在9月5日的“ 自然微生物学 ”杂志网络版上报告说,新属是生活在两个独立压裂井内的31个微生物成员之一。

发现生活在水力压裂井内的新细菌属

研究人员发现,即使这些井相距数百英里并在不同类型的页岩中钻探,其内部的微生物群落几乎相同。

他们发现的几乎所有微生物都曾在其他地方被发现过,很多可能来自能源公司用来填补水井的地表池塘。但俄亥俄州立大学微生物学和生物物理学助理教授Kelly Wrighton表示,新发现的Candidatus Frackibacter不是这种情况,它可能是水力压裂站点所独有的。

在生物命名法中,“Candidatus”表示使用基因组方法首次研究新生物,而不是实验室培养中的分离生物。研究人员选择将“Frackibacter”这个词命名为“水力压裂”一词的“水力压裂”。

Candidatus Frackibacter与来自地表的微生物一起繁荣,在两口井中形成了社区,迄今已持续了将近一年。

“我们认为每口井中的微生物可能形成一个自给自足的生态系统,在那里它们提供自己的食物来源,”Wrighton解释说。“钻井和压裂压裂液创造了生态系统,但微生物能够适应新环境,长期维持系统。”

通过对328天内从两口井中采集的流体进行取样,研究人员重建了生活在页岩中的细菌和古菌的基因组。令研究人员惊讶的是,这两口井 - 一座钻在尤蒂卡页岩中,另一座钻在马塞勒斯页岩中 - 开发了几乎相同的微生物群落。

此外,这两口井均由不同能源公司拥有,这些公司采用不同的压裂技术。这两种类型的页岩存在距地面一英里半以上,相隔数百万年形成,并含有不同形式的化石燃料。然而,一种细菌Halanaerobium出现在两口井中的社区中占主导地位。

“我们认为我们可能得到一些相同类型的细菌,但相似程度如此之高,令人惊叹。这表明,这些生态系统中发生的任何事情都受到压裂的影响,而不是页岩固有的差异,”Wrighton说过。

Wrighton和她的团队仍然不能100%确定微生物的起源。她说,有些几乎无疑来自向井提供水的池塘。但其他细菌和古细菌可能在钻探开始之前一直生活在岩石中,其中包括Candidatus Frackibacter。

Shale能源公司通常制定他们自己的专有配方,用于将它们泵入井中以分解岩石并释放石油或天然气,俄亥俄州立大学微生物学研究助理,自然微生物学论文的第一作者Rebecca Daly解释道。他们都从水开始,并添加其他化学品。一旦流体进入井内,页岩中的盐就会渗入井中,使其变得明亮。

生活在页岩中的微生物必须耐受高温,高压和盐度,但这项研究表明,盐度可能是微生物生存的最重要的压力因素。盐度迫使微生物合成称为渗透保护剂的有机化合物,以防止爆裂。当细胞死亡时,渗透保护剂被释放到水中,其他微生物可以将它们用于保护自己或作为食物食用。通过这种方式,盐度迫使微生物产生可持续的食物来源。

除了环境中的物理限制外,微生物还必须保护自己免受病毒侵害。研究人员重建了生活在井内的病毒的基因组,并发现了一些遗传证据表明某些细菌确实成为病毒的牺牲品,死亡并将渗透保护剂释放到水中。

通过检查不同微生物的基因组,研究人员发现渗透保护剂被Halanaerobium和Candidatus Frackibacter吃掉。反过来,这些细菌为其他微生物提供食物,称为产甲烷菌,最终产生甲烷。

为了验证他们在该领域的发现,研究人员在类似条件下在实验室中培养了相同的微生物。实验室培养的微生物也产生了渗透保护剂,这些渗透保护剂被转化为甲烷 - 这证实了研究人员正在正确地了解井内发生的情况。

该研究的一个含义是,生活在页岩井中的微生物产生的甲烷可能会补充井的能量输出。

Wrighton和Daly描述,与初始压裂后一年内从页岩中采集的石油和天然气相比,微生物产生的甲烷量可能微不足道。但是,他们指出,相关行业的先例,即煤层气,有利于使用微生物。

“在煤床系统中,他们已经证明它们可以促进微生物的生命并提高甲烷产量,”Wrighton说。“随着系统随着时间的推移而降低生产力,生物甲烷在页岩井中的贡献可能会显着提高。我们尚未达到这一点,但这是可能的。”

与此同时,由地球科学和微生物学助理教授共同作者迈克尔威尔金斯领导的研究使用基因组学信息在实验室中培育出Candidatus Frackibacter,并进一步测试其处理高压和盐度的能力。

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