甲烷是一種分子式為CH4的化合物，它不僅是一種強烈的溫室氣體，而且是一種重要的能源。 它為我們的房屋供暖，甚至海底的微生物也生活在它上面。 微生物使用一種稱為甲烷厭氧氧化 （AOM） 的過程，該過程通常發生在海底所謂的硫酸鹽-甲烷過渡帶，海水中的硫酸鹽與更深沉積物中的甲烷相遇，從海底開始。 在這裡，一種特殊的微生物，厭氧甲烷氧化（ANME）古細菌，消耗甲烷。 它們與細菌一起生活，這些細菌利用甲烷氧化過程中釋放的電子來還原硫酸鹽。 為此，這些生物體形成特徵性關聯。
這個過程發生在世界各地的海底，因此是碳迴圈的重要組成部分。 然而，由於反應非常緩慢，因此很難研究AOM過程。 為了進行研究，研究人員經常使用化學方法：甲烷中的穩定同位素比率。 不幸的是，這些同位素並不總是像預期的那樣表現，導致對所涉及的微生物的功能和功能造成嚴重混淆。 來自德國MARUM馬克斯蒲朗克海洋微生物研究所的研究人員和以色列魏茨曼科學研究所的同事已經解決了這個同位素問題，並將他們的研究結果發表在《科學進展》雜誌上。 這為更好地了解厭氧甲烷氧化的重要過程鋪平了道路。
同位素表示反應途徑。
問題及其解決方案的詳細說明：同位素是不同質量元素的不同“版本”。 元素的同位素在原子核中具有相同數量的質子（帶正電的粒子），因此它們在元素週期表中具有相同的位置（同位素=希臘語，處於同一位置）。 然而，它們在原子核中的中子（中性粒子）數量上有所不同。 例如，碳有兩種穩定的同位素，較輕的12C和較重的13C。 此外，還有常見的放射性同位素14C，這是一種非常罕見的碳形式，用於確定含碳材料的年齡。 雖然兩種穩定同位素的化學性質相同，但質量的差異導致不同的反應速率。
當化合物發生反應時，同位素較輕的化合物通常轉化得更快，在初始反應物中留下較重的變體。 同位素組成的這種變化被稱為同位素分餾，幾十年來一直用於追蹤化學反應。 在甲烷氧化中，這意味著 12 主要消耗 C-甲烷，導致剩餘甲烷中富集 13C。 相反，微生物產生的甲烷（甲烷生成）會導致產生特別輕的甲烷。 岡特·韋格納（Gunter Wegener）報道說：“然而，現實卻出人意料地不同。 “與上述邏輯相反，我們經常在硫酸鹽甲烷過渡區發現非常輕的甲烷。 ”
厭氧產甲烷氧化古細菌的微生物群落為紅色，其硫酸鹽還原夥伴菌為綠色。 白色刻度標有 10 m。 馬克斯·蒲朗克海洋微生物研究所訴
自然界不遵循教科書：硫酸鹽甲烷過渡帶中的氫甲烷。
這個悖論提出了一些問題，例如：甲烷不是被消耗的，而是在那裡產生的嗎？ 如果不是大量的古細菌，誰來負責？ 韋格納繼續說道：“在我的實驗室裡，我們收集了世界上最大的ANE培養物，在那裡我們可以嘗試找出甲烷氧化劑本身是否以及如何產生輕甲烷。 ”。第乙個結果是負面的：基於我們通常在海水中發現的高硫酸鹽濃度，培養微生物的行為符合教科書。 剩餘的甲烷富含較重的同位素。 “然而，如果用較少的硫酸鹽進行相同的實驗，甲烷在12時富集並變得更輕。
硫酸鹽的有效性控制AOM中的同位素效應。
那麼，他們如何解釋甲烷同位素的異常行為呢？ 以色列魏茨曼科學研究所的喬納森·格羅普（Jonathan Gropp）和他的導師伊泰·哈利維（Itay Halevy）花了數年時間研究微生物代謝的同位素效應，包括類似於厭氧甲烷氧化（AOM）的酶催化甲烷生產。 這使他們成為不萊梅隊的理想合作夥伴。 “這兩個過程都基於非常相似的七個反應級聯，”格羅普說。 ”。先前的研究表明，所有這些反應都是可逆的，即它們可以雙向發生，並且每個反應也有其自身的同位素效應。 ”
在該模型的幫助下，Gropp可以證明某些反應可以根據可用的硫酸鹽在不同程度上逆轉。 這可能導致重同位素不會像往常一樣留下，而是留在反應鏈中，輕同位素返回甲烷。 “微生物想要做出反應，但由於硫酸鹽濃度低，它們受到限制。 他補充道：“我們設計了乙個非常適合同位素實驗的模型。 ”
在實驗室和電腦前花費大量時間會獎勵研究人員。 通過他們的研究，Wegener，Gropp和他們的同事可以展示AOM如何產生13-C缺陷甲烷。 用少量硫酸鹽進行的實驗是微生物自然生境的特別好的例子，即海底的硫酸鹽-甲烷過渡帶。 在那裡，微生物通常在很少的硫酸鹽上生長，就像在低硫酸鹽的實驗中一樣。 “現在我們知道，過渡區的甲烷氧化劑會導致甲烷中的氫同位素。 甲烷生產是不必要的。 我們懷疑ANME是甲烷研究的最終作者，“Markus Elbert總結道。 現在，研究人員已經為下一步做好了準備，並想知道其他反應是否顯示出類似的同位素效應。
科學家發現了人造元素中最輕的同位素——人造錳
marilyn sargent berkeley lab 勞倫斯伯克利國家實驗室 伯克利實驗室 的一組科學家發現了人造元素人造人的新形式。新發現的錳 是錳的第種同位素，同時也是最輕的同位素。錳是元素週期表上的數字 元素，以紀念 世紀俄羅斯化學家門捷列夫的名字命名，門捷列夫是元素週期表的創始人。年，伯...
在冥王星上發現了大量的鑽石，但科學家解釋說，它們只能從遠處開採！
我們一直對宇宙中的許多行星感到好奇，比如浩瀚的宇宙中會不會有生命？會不會有第二個適合人類居住的地球？在其他星球上，地球上有很多稀缺資源嗎？帶著這些問題，人類一次又一次地探索宇宙，不，最近，科學家爆料了關於冥王星的訊息，美國宇航局通過 波探測到，冥王星的地下礦物幾乎都是鑽石。雖然這一發現讓很多人興奮不...
科學家物理課
在學習了液壓課程後，對上述問題中犯錯的學生進行了比較，對錯了的選項沒有集中，說明學生真的做不到這道題。為了幫助學生掌握這類問題，我製作了乙個頁的PPT課件，主題是 水壓P隨時間T變化的曲線 幫助學生從淺到深一步掌握方法。首先，引導學生複習液體壓力定律 液體內部的壓力只與液體的深度和液體的密度有關。寫...
科學家為女性提出了16條健康戒律
人們常說 女人是水做的 它不僅包含著涓涓細流水一樣的女性溫柔的性格，也揭示了女性更脆弱 更需要更多照顧的性別特徵。牛津大學 University of Oxford 的科學家對萬女性進行了年的跟蹤調查，發現許多疾病與女性的生活方式直接相關。由此，他們提出了條女性健康戒律。.不要太乾淨。美國微生物學家...
孩子的智商重要嗎？ 科學家說，完整的人格比智商更重要
每個父母都希望自己的孩子足夠聰明，成績好，但很少有人將孩子的智力與孩子的性格聯絡起來。事實上，孩子的智商很大程度上是由遺傳決定的，但後天環境也會影響孩子基因的表達。學習成績是孩子個性的明確表現，孩子年齡越大，這種表現就越明確。蔡元培先生在 中華人的修養 一書中說，決定孩子一生的不是學業成績，而是健全...