Podpowierzchniowy mikrobiologiczny obieg wodoru: występowanie naturalne i konsekwencje dla przemysłu / Simon P. Gregory , Megan J. Barnett , Lorraine P. Field i Antoni E. Milodowski

0
364

Produkcja wodoru przez algi. Z Wikimedia Commons, bezpłatnego repozytorium multimediów

Streszczenie

Wodór jest kluczowym źródłem energii dla podpowierzchniowych procesów mikrobiologicznych, szczególnie w środowiskach podpowierzchniowych o ograniczonych alternatywnych donorach elektronów i środowiskach, które nie są dobrze połączone z powierzchnią. Oprócz zużycia wodoru, procesy mikrobiologiczne, takie jak fermentacja i wiązanie azotu, wytwarzają wodór. Wodór jest również wytwarzany przez szereg procesów abiotycznych, w tym radiolizę, serpentynizację, grafityzację i kataklazę minerałów krzemianowych. Zarówno wodór wytwarzany biotycznie, jak i abiotycznie może stać się dostępny do konsumpcji przez mikroorganizmy, ale biotyczna produkcja i konsumpcja są zwykle ściśle powiązane. Zrozumienie mikrobiologii cyklu wodorowego jest istotne dla podpowierzchniowych środowisk inżynieryjnych, w których mikroorganizmy zajmujące się cyklem wodorowym są zaangażowane w zużycie i produkcję gazu oraz korozję w wielu gałęziach przemysłu, w tym w wychwytywaniu i składowaniu dwutlenku węgla, magazynowaniu gazu energetycznego i składowaniu odpadów radioaktywnych. Te same mikroorganizmy i procesy recyklingu wodoru są ważne w naturalnych miejscach o podwyższonym stężeniu wodoru i mogą zapewnić wgląd we wczesne życie na Ziemi i życie na innych planetach. W niniejszym przeglądzie zebrano wiedzę na temat mikrobiologii w naturalnych środowiskach o podwyższonym stężeniu wodoru i podkreślono, gdzie podobne populacje drobnoustrojów mogą mieć znaczenie dla przemysłu podpowierzchniowego.

Słowa kluczowe: wodór, wodorotrofia, korozja, magazynowanie gazu

1. Wstęp

Historycznie rzecz biorąc, brak zainteresowania obecnością wodoru pod powierzchnią wynikał z błędnego przekonania, że ​​nie występuje on swobodnie [  ]. Obecnie uznaje się, że wodór gazowy występuje w różnorodnych warunkach geologicznych i powstaje w wyniku kilku różnych procesów [  ,  ]. Dzięki temu rozpoznaniu rośnie zainteresowanie możliwością wykorzystania wodoru geologicznego jako źródła paliwa oraz wykorzystaniem odpowiednich formacji geologicznych do jego magazynowania. Główne występowanie wodoru związane jest ze złożami grafitu, systemami wulkanicznymi, systemami geotermalnymi, skałami ultramaficznym, alkalicznymi kompleksami magmowymi, podłożem krystalicznym, złożami potażu i ewaporatów, kataklazytami i osadami beztlenowymi. Anomalnie wysokie występowanie wodoru wiąże się także ze złożami naftowymi i gazowymi, a także z węglem. Rosnąca świadomość, że procesy biologiczne są powiązane z innymi procesami termicznymi, hydraulicznymi, mechanicznymi i chemicznymi, doprowadziła do docenienia znaczenia mikroorganizmów metabolizujących wodór w podpowierzchni. Różnorodność środowisk, w których produkowany lub gromadzi się wodór, może również zapewnić wgląd w procesy, w tym metabolizm drobnoustrojów w często trudno dostępnych, inżynieryjnych środowiskach podpowierzchniowych. Głębokie podłoże może być niegościnne dla mikroorganizmów ze względu na kombinację ekstremalnych temperatur, ograniczonej dostępności składników odżywczych i ograniczonych źródeł energii. Co więcej, dostępność pustej przestrzeni często ogranicza aktywność drobnoustrojów, ponieważ komórki wymagają sieci porów z przestrzeniami wystarczająco dużymi, aby mogły przez nie przejść [  ,  ,  ]. Pomimo tych ograniczeń mikroorganizmy żyją na dużych głębokościach [  ,  ], a w odpowiednich warunkach fizycznych mogą pojawić się gorące punkty aktywności, w których energię można uzyskać w reakcjach redoks z udziałem donorów elektronów, takich jak metan, żelazo lub wodór [  ,  ,  ] Gazowy wodór ma niski potencjał redukcyjny i dlatego jest wysoce energetycznym donorem elektronów, gdy bierze udział między innymi w redukcji siarczanów, dwutlenku węgla i żelaza(III). Procesy te mogą konkurować ze sobą o ograniczone dostawy wodoru, szczególnie w oligotroficznych środowiskach głęboko podpowierzchniowych [  ].

W środowisku naturalnym wodór jest wytwarzany i zużywany zarówno w procesach abiotycznych, jak i biotycznych. Środowiska podpowierzchniowe, w których odbywa się produkcja wodoru, mogą być siedliskiem różnorodnych i aktywnych społeczności drobnoustrojów, jeśli pozwalają na to inne warunki środowiskowe (np. woda, przestrzeń, akceptory elektronów, temperatura). W inżynieryjnych środowiskach podpowierzchniowych wodór można sztucznie podnosić poprzez jego magazynowanie (do wykorzystania jako paliwo), jako zanieczyszczenie podczas magazynowania innych gazów lub poprzez wytwarzanie wodoru w wyniku korozji infrastruktury stalowej. Wodór ten jest potencjalnym źródłem energii dla procesów mikrobiologicznych w środowiskach inżynieryjnych i ma wpływ na korozję oraz produkcję i zużycie gazu. Zrozumienie procesów mikrobiologicznych, które wytwarzają lub zużywają wodór, nie tylko dostarcza informacji o procesach istotnych dla przemysłu, ale może również pomóc w zrozumieniu procesów naturalnych, rozwoju życia na Ziemi i egzobiologii. Ze względu na powszechny charakter procesów mikrobiologicznych z udziałem wodoru i ich konsekwencji dla szerokiego zakresu dyscyplin, nadszedł czas, aby dokonać przeglądu naszej obecnej wiedzy i zrozumienia tych procesów.

W celu ujednolicenia wartości w tym rękopisie przeliczono jednostki niektórych oryginalnych danych. Wszystkie objętości gazu przelicza się na mole, przy założeniu standardowych warunków, a wszystkie obliczenia energetyczne odnoszą się do jednego mola wodoru.

2. Wytwarzanie i zużycie wodoru w środowiskach podpowierzchniowych

Znajdujący się pod powierzchnią wodór mogą wytwarzać i zużywać zarówno procesy biotyczne, jak i abiotyczne, chociaż względny udział różnych procesów często nie jest dobrze oceniany. Procesy abiotyczne mogą zachodzić w szerszym zakresie temperatur (do ponad 600 ° C), ale procesy biotyczne ograniczają się do chłodniejszych środowisk, w których warunki są korzystniejsze dla życia. Jeżeli abiotyczne wytwarzanie wodoru zachodzi w wysokich temperaturach lub wiąże się z promieniowaniem, może to zahamować życie drobnoustrojów w bezpośrednim sąsiedztwie. Wodór ten może stać się dostępny dla mikroorganizmów, jeśli migruje z dala od źródła ciepła lub promieniowania. W takich środowiskach prawdopodobnie rozwiną się społeczności wodorotropowe, które przyczynią się do usuwania wodoru.

3. Abiotyczne wytwarzanie wodoru

Za wytwarzanie abiotycznego wodoru w skorupie ziemskiej odpowiada kilka procesów (Tabela 1). Należą do nich:

  • Grafityzacja (rozkład metanu do grafitu). Potencjalnie ma to miejsce w temperaturach powyżej 600°C, chociaż dostępne są ograniczone informacje na temat naturalnych zjawisk w geosferze [  ,  ].

  • Radioliza wody (dysocjacja cząsteczek wody przez promieniowanie jonizujące powstałe w wyniku rozpadu radioaktywnego). Głównymi naturalnie występującymi pierwiastkami promieniotwórczymi są uran, tor i potas. Powoduje to wytwarzanie rodników H  i OH  (i późniejsze powstawanie H 2 i H 2 O 2 ). Radioaktywność α i β jest prawdopodobnie najbardziej wydajna w wytwarzaniu wodoru, przy czym produkcja z promieniowania α jest większa niż promieniowania β [  ,  ,  ].

  • Reakcja 40 Ca (powstającego w wyniku radioaktywnego rozpadu potasu) z wodą, w wyniku której powstaje wodorotlenek wapnia i wodór [  ,  ,  ,  ].

  • Serpentynizacja (proces, w wyniku którego pierwotne, wysokotemperaturowe minerały magmowe żelazomagnezu przekształcają się w niskotemperaturowe, wtórne minerały serpentynowe w wyniku interakcji z niskotemperaturową wodą przenikającą przez te skały). Zwykle ma to miejsce poniżej 500°C, z szybkościami szczytowymi pomiędzy 300°C a 390°C, ale może zachodzić wolniej poniżej 100°C. Przy podwyższonym ciśnieniu (35 MPa) szczytowa produkcja występuje w temperaturze 200–315 °C [  ,  ,  ,  ,  ].

  • Kataklaza (wytwarzanie wodoru w strefach uskoków w wyniku kilku różnych procesów). Reakcje hydromechaniczne rozrywają wiązania chemiczne i tworzą rodniki, które reagują z wodą gruntową, tworząc wodór. Redukcja wody w wyniku reakcji minerałów żelazowo-żelazowych zawartych w minerałach krzemianowych w kruszonej skale może być kolejnym potencjalnym mechanizmem uwalniania wodoru w tym scenariuszu. Donoszono, że w wyniku tego mechanizmu powstaje do 0,22 mola wodoru na m 3 andezytu [  ,  ,  ,  ].

  • Reakcje pomiędzy rozpuszczonymi gazami magmowymi (odgazowanie pierwotnego wodoru z głębokiego płaszcza lub wodór ponownie wprowadzony podczas subdukcji) [  ].

Tabela 1

Procesy abiotyczne wytwarzające wodór.

Proces Równanie Typowe ustawienie geologiczne Bibliografia
Grafityzacja CH 4 (g) → C + 2H 2 (g) Krystaliczna piwnica  ,  ]
Radioliza wody 2H2O−→−−−−−−−−Promieniowanie jonizujące H2O2+H2 Podłoże krystaliczne o dużej zawartości uranu, toru i potasu  ,  ]
Reakcje wody z pochodną 40 Ca powstające w wyniku rozpadu radioaktywnego 40 K 40 Ca + 2H 2 O → Ca(OH) 2 + H 2 (g,aq) Krystaliczne podłoże i skały bogate w potas (np. Złoża potażu Kupferschiefer i permu w Stassfurcie w Niemczech, Werchmekamsku w Rosji i Boulby w Wielkiej Brytanii)  ,  ,  ,  ]
Serpentynizacja np. oliwin + woda → serpentyn + magnetyt + wodór
6[(Mg 1,5 Fe 0,5 )SiO 4 ] + 7H 2 O → 3[Mg 3 Si 2 O 5 (OH) 4 ] + Fe 3 O 4 + H 2
Skały mafijne i ultramaficzne  ,  ,  ,  ,  ]
Kataklaza ≡Si· + H 2 O → ≡Si + OH + H
2H → H 2
Związany z minerałami krzemianowymi w aktywnych strefach uskoków  ,  ,  ,  ]

Wkład każdego z tych procesów w skład gazowy podpowierzchni będzie zależał od środowiska, a względne znaczenie różnych procesów nie zostało jeszcze ocenione.

4. Mikrobiologiczne wytwarzanie wodoru

Mikroorganizmy są zdolne do wytwarzania wodoru poprzez fermentację, wiązanie azotu, beztlenowe utlenianie tlenku węgla i utlenianie fosforynów [  ,  ]. Enzymhydraza jest ogólnie odpowiedzialna za wytwarzanie wodoru w tych procesach poprzez katalizowanie reakcji w następujący sposób:

H. 2 (g)  H.  + H.  2H + + 2e 
(1)

Hydrogenazy dzielą się na trzy różne typy, w zależności od metalu w miejscu aktywnym: [FeFe], [NiFe] i [Fe]. Wytwarzanie wodoru jest na ogół związane z hydrogenazami [FeFe], które zwykle występują u bakterii beztlenowych i niektórych eukariontów; nie znaleziono ich jeszcze u sinic ani archeonów. Niektóre grupy [FeNi]-hydrogenaz są również zaangażowane w wytwarzanie wodoru i występują one u cyjanobakterii i archeonów. [FeNi]-hydrogenazy występują także w dużej liczbie bakterii [  ]. W ostatnich latach wiele się nauczyliśmy z badań nad wykorzystaniem mikroorganizmów do produkcji wodoru jako surowca przemysłowego lub nośnika energii [  ,  ]. Technologia ta opiera się zazwyczaj na produkcji wodoru przez organizmy fotosyntetyzujące (co nie ma znaczenia dla powierzchni), fermentacji związków organicznych lub mikrobiologicznych ogniwach elektrolizujących. Wiele organizmów stosowanych w technologii fermentacyjnej jest powszechnych w środowiskach podpowierzchniowych, np. gatunki Bacillus , Clostridium i Desulfovibrio . Inny mechanizm, produkcja wodoru w wyniku utleniania fosforynów (Tabela 2) odnotowano jedynie w laboratorium, u Escherichia coli w warunkach beztlenowych [  ]. Chociaż istnieje coraz obszerniejsza literatura na temat procesów wytwarzania wodoru w laboratoriach lub w zastosowaniach do produkcji wodoru do celów energetycznych, znacznie mniej wiadomo na temat podobnych procesów zachodzących w środowisku naturalnym lub w inżynieryjnych środowiskach podpowierzchniowych. Fermentacja materii organicznej będzie istotna w środowiskach podpowierzchniowych, w których występuje wystarczająca ilość węgla organicznego (występującego naturalnie lub wprowadzonego np. przez zanieczyszczenia). I odwrotnie, w innych środowiskach, takich jak zbiorniki krystaliczne, fermentacja będzie prawdopodobnie mniej znacząca ze względu na ograniczone źródła węgla organicznego [  ]. Zahamowanie fermentacji przez produkt końcowy wymaga zrównoważenia produkcji wodoru poprzez jego usunięcie. Dlatego wodór, jako produkt fermentacji, jest zwykle substancją przejściową, szybko wykorzystywaną jako donor elektronów. W wodnych środowiskach podpowierzchniowych (osadach i warstwach wodonośnych) stężenie wodoru zmienia się w odpowiedzi na dominujący proces końcowego akceptora elektronów (TEAP), tj. proces zużywający wodór. Z każdą reakcją końcowego akceptora elektronów związane jest charakterystyczne minimalne stężenie wodoru w stanie ustalonym (progi wodoru pokazano naTabela 3).

Tabela 2

Reakcje mikrobiologiczne wytwarzające wodór. Zakres energii swobodnej fermentacji z literatury [  ], dostosowany do mola wodoru. Bezpłatna energia utleniania fosforanów z źródła [  ]. Wszystkie inne swobodne energie reakcji obliczono na podstawie danych termodynamicznych w publikacji [  ].

Proces wytwarzania wodoru Reakcja Energia swobodna
ΔG 0′ (kJ·mol −1 H 2 )
Fermentacja Wiele ścieżek rozkładających duże substancje organiczne na mniejsze,
np. mieszana fermentacja kwasowa
, np. C 6 H 12 O 6 + 4H 2 O → 2CH 3 COO  + 2HCO  + 4H + + 4H 2
-54,0 do 24,2
Wiązanie azotu (aktywność nitrogenazy) 2 + 8H + + 8e  (Fd czerwony ) → 2NH 3 + H 2 (+Fd wół ) −18.1
Beztlenowe utlenianie tlenku węgla CO + H 2 O → CO 2 + H 2 −19,9
Utlenianie fosforynów 3 PO 3 + H 2 O → H 3 PO 4 + H 2 −46,3
Utlenianie octanu ¼CH 3 COO  + ¼H + + ½H 2 O → H 2 + ½CO 2 23,7

Fd czerwony = zredukowana ferrodoksyna, Fd oc = utleniona ferrodoksyna.

Tabela 3

Przykłady mikrobiologicznych reakcji zużywających wodór. Na podstawie danych w piśmiennictwie [  ]. Wolne energie nieuwzględnione w publikacji [  ] zostały obliczone na podstawie swobodnych energii Gibbsa tworzenia [  ]. Wartości progowe wodoru rozszerzono na podstawie dostarczonych odnośników.

Proces zużywający wodór Reakcja Energia swobodna
ΔG 0′ (kJ·mol −1 H 2 )
Próg wodoru (nM) Bibliografia
Metanogeneza hydrogenotroficzna ¼HCO  + H 2 + ¼H + → ¼CH 4 + ¾H 2 O −33,9 0,4–95  ]
Acetogeneza ½HCO  + H 2 + ¼H + → ¼CH3COO  + 2H 2 O −26.1 336–3640  ]
Redukcja siarczanów ¼SO 2− + H 2 + ¼H + → ¼HS  + H 2 O −38,0 1–15  ]
Redukcja siarki 2 + S → H 2 S −33,1 2500  ]
Redukcja żelaza(III). 2FeOOH + H 2 + 4H + → 2Fe 2+ + 4H 2 O −228,3 0,1–0,8  ]
Tlenowe utlenianie wodoru (Knallgas) 2 + ½ O 2 → H 2 O −237 0,051  ]
Dehalorespiracja Związki chlorowcowane + H 2 → związki odhalogenowane + 2HCl -230 do -187 0,27–2  ]
Oddychanie fumaranem H2 + fumaran → bursztynian −86,2 0,015  ]
Denitryfikacja ⅖NO  + H. 2 + ⅖H + → ⅕N 2 + 1⅕H 2 O −240,1 <0,05–0,5  ]

Oprócz wodoru, azotazy są zdolne do wytwarzania gazowego wodoru jako produktu ubocznego wiązania azotu [  ]. Wiązanie azotu zachodzi zarówno w środowisku tlenowym, jak i beztlenowym [  ] i przekształca jeden mol gazowego azotu w dwa mole amoniaku i jeden mol wodoru (Tabela 2). Zdolność wiązania azotu jest szeroko rozpowszechniona wśród prokariotów, ale jest kosztowna energetycznie, ponieważ do związania jednej cząsteczki gazowego diazotu potrzeba 16 cząsteczek ATP [  ]. Wiązanie azotu jest rzadko badane poza ryzosferą, ale dowody na to odnotowano w powierzchni podpowierzchniowej, np. w osadach siarczkowych w środowiskach jaskiń/kopalń [  ,  ,  ], kominach hydrotermalnych w grzbiecie Juan de Fuca [  ] , głębokie środowiska lądowe [  ]. oraz w beztlenowym metanie wyciekającym z wulkanów błotnych w Basenie Kumano w Japonii [  ]. Geny wiążące azot są obecne w genomach wielu beztlenowców typowych dla środowisk podpowierzchniowych (w tym metanogenów, acetogenów, fermentorów i reduktorów siarczanów), chociaż prawdziwa różnorodność, rozmieszczenie i aktywność wiązania azotu pozostaje niepewna [40  . Oczywiście należy pamiętać, że wykrycie w środowisku określonego genu funkcjonalnego nie musi koniecznie oznaczać, że mikroorganizmy aktywnie pełnią tę funkcję.

5. Abiotyczne zużycie wodoru

Abiotyczne zużycie wodoru zwykle następuje w wysokich temperaturach (znacznie wyższych od tych, w których mogą zachodzić procesy mikrobiologiczne), podczas chłodzenia magmy oraz w układach hydrotermalnych poprzez redukcję dwutlenku węgla z wytworzeniem metanu i innych węglowodorów [  ]. Istnieją jednak procesy, które mogą naturalnie zachodzić w zakresach temperatur mikroorganizmów, takie jak metanizacja w niskiej temperaturze w reakcji Sabatiera lub synteza typu Fishera-Tropscha, np. w wycieku Chimery w Turcji [  ], gdzie reakcje zachodzą w temperaturze temperaturach poniżej 50°C. W obecności mineralnych katalizatorów chromowych mogłoby to spowodować przekształcenie znacznych ilości wodoru w metan w geologicznej skali czasu [  ]. Chociaż z technicznego punktu widzenia nie jest to zużycie wodoru, niedawne badanie wykazało, że sorpcja wodoru do gliny może znacząco pochłaniać wodór [  ].

6. Mikrobiologiczne zużycie wodoru

Uważa się, że metabolizm oparty na wodorze miał kluczowe znaczenie dla życia na wczesnej Ziemi; jednakże wraz z pojawieniem się fotosyntezy tlenowej życie oparte na wodorze zostało ograniczone do wyspecjalizowanych nisz [  ]. Wodór wydaje się być głównym źródłem energii dla autotrofów w wielu środowiskach podpowierzchniowych, zwłaszcza tych, które nie mają lub mają ograniczoną podaż węgla pochodzącego z fotosyntezy [  ]. Nawet przy niskich stężeniach wodór może wspomagać różne metabolizmy drobnoustrojów, jeśli dostępny jest odpowiedni końcowy akceptor elektronów (Tabela 3). Metabolizmy te obejmują metanogenezę, acetogenezę, redukcję siarczanów, siarki i żelaza (III), tlenowe utlenianie wodoru, dehalorespirację, oddychanie fumaranem, denitryfikację i, mniej istotne dla powierzchni, fotosyntezę beztlenową [  ,  ]. Najważniejsze procesy mikrobiologiczne zużywające wodór przedstawiono wTabela 3. Ciekawym dodatkiem do tej listy jest niedawne odkrycie, że litoautotroficzne cyjanobakterie były najbardziej dominującymi taksonami w zbiorowiskach drobnoustrojów w pasie pirytu Rio Tinto w Hiszpanii [  ]. Liczebność sinic była odwrotnie skorelowana z obfitością wodoru, a modelowanie sugerowało, że liczebność rodzin cyjanobakterii Rivulareaceae i Xenococcaceae, a także Sphingomonadaceae i Bradyrhizobiaceae najlepiej wyjaśnia wzór obfitości wodoru. To, w połączeniu z danymi metagenomicznymi, skłoniło autorów do postawienia hipotezy, że taksony te są odpowiedzialne za zużycie wodoru i pozyskiwanie energii poprzez sprzęganie utleniania wodoru z redukcją szeregu akceptorów elektronów. Chociaż donoszono już wcześniej o sinicach w różnych głębokich środowiskach, ich liczebność była trudna do wyjaśnienia [  ,  ,  ,  ]. To najnowsze odkrycie w Rio Tinto sugeruje, że te niefotosyntetyzujące cyjanobakterie mogą być aktywnymi członkami społeczności drobnoustrojów, a nie nieaktywnymi komórkami, które zostały wypłukane i uwięzione pod powierzchnią lub powstały w wyniku zanieczyszczenia podczas pobierania próbek, jak wcześniej postulowano.
Reakcja wodoru omówiona w Części 4 jest odwracalna i bierze udział w sprzęganiu wychwytu wodoru z redukcją akceptorów elektronów (np. azotanów, siarczanów i dwutlenku węgla). Postawiono hipotezę, że wysokie stężenia wodoru wybierają społeczność drobnoustrojów zawierającą gatunki posiadające warianty hydrogenaz [NiFe] o niskim powinowactwie [  ]. [NiFe]-hydrogenazy są szeroko rozpowszechnione w królestwie bakterii i archeonów (w tym typowe podpowierzchniowe organizmy beztlenowe, takie jak reduktory siarczanów, reduktory żelaza, acetogeny, metanogeny i fermentory [  ]). Obfitość genów hydrogenazy w środowiskach podpowierzchniowych w przeliczeniu na megabazę jest prawie o rząd wielkości większa niż w środowiskach powierzchniowych [  ], co podkreśla znaczenie obiegu wodoru w wielu podpowierzchniowych zbiorowiskach drobnoustrojów.
Podpowierzchniowe ekosystemy drobnoustrojów litoautotroficznych (SLiME) są szczególnie interesującymi ekosystemami i definiuje się je jako te, które są całkowicie niezależne od fotosyntezy w zakresie dostaw węgla i wodoru. Układy takie napędzane są wodorotrofią i są interesujące ze względu na ich znaczenie dla wczesnej historii Ziemi i poszukiwań życia na innych planetach [  ]. Przykłady systemów, które sugerowano, że opierają się na wodorze jako źródle energii, obejmują społeczności zdominowane przez metanogen w wodach hydrotermalnych krążących w skałach magmowych w Lidy Hot Springs w stanie Idaho [  ], środowiska pod głębinowymi polami hydrotermalnymi w grzbiecie środkowego Oceanu Indyjskiego [  ], głębokie bazaltowe warstwy wodonośne [  ,  ] i osady morskie [  ]. W tych ekosystemach proponuje się pozyskiwanie energii poprzez sprzęganie utleniania wodoru z redukcją akceptorów elektronów, takich jak dwutlenek węgla, azotan czy żelazo, chociaż trudno wykazać, że z pewnością nie ma przepływu pierwiastków od dnia dzisiejszego, lub przeszła fotosynteza. Obliczenia sugerują, że te społeczności drobnoustrojów o niskiej biomasie i małej różnorodności mogą być wspierane przez obserwowane ilości wodoru wytwarzanego radiolitycznie [  ]. Pierwsze twierdzenia o ekosystemach niezależnych od fotosyntezy wysunięto w badaniach Stevensa i McKinleya dotyczących warstwy wodonośnej Columbia River Basalt Group [  ]. Badanie to, w którym zaproponowano ekosystem mikrobiologiczny wspierany przez wodór wytwarzany w reakcji wody z żelazem w krzemianach ferromagnezu, wzbudziło kontrowersje i toczyła się poważna dyskusja wokół szeregu kwestii, w tym tego, czy ilość wodoru wytworzonego eksperymentalnie z tych skał, w warunkach środowiskowych odpowiednie pH było wystarczające do utrzymania biomasy; czy skały zawierają wystarczającą ilość zredukowanego żelaza, aby utrzymać aktywność drobnoustrojów w odpowiednich geologicznie ramach czasowych; czy źródłem wodoru jest najprawdopodobniej materiał organiczny; oraz czy zredukowane gazy z głębi Ziemi wspierają ekosystem drobnoustrojów w tym środowisku [  ,  ,  ]. Zawsze będzie trudno określić udział różnych mechanizmów wytwarzania wodoru w głębokich warstwach podpowierzchniowych; jednakże rośnie poparcie dla istnienia ekosystemów mikrobiologicznych, które są przede wszystkim, jeśli nie całkowicie, zależne od abiotycznych źródeł wodoru w różnych warunkach geologicznych [  ,  ,  ,  ,  ,  ], w tym ze strony niektórych autorów argumentujących przeciwko Stevensowi oraz oryginalna praca McKinleya [ ] Niezależność od fotosyntezy, w tym od jakiegokolwiek udziału węgla, azotanów, siarczanów i żelaza żelazowego, miałaby ogromne znaczenie dla zrozumienia życia na Ziemi przed fotosyntezą i możliwości życia na innych ciałach planetarnych, ale pozostaje do jednoznacznego udowodnienia.

Relacje syntroficzne

Biologiczna produkcja i zużycie wodoru są zwykle ściśle powiązane poprzez relacje syntroficzne. Na przykład wodór wytwarzany w wyniku bakteryjnego rozkładu materii organicznej podczas wczesnej (przypowierzchniowej) diagenezy osadów jest zwykle szybko zużywany; obrót wodorem może być wysoki, ale duża część tego wodoru będzie przenoszona między komórkami (transfer wodoru międzygatunkowego) i nigdy nie będzie gromadzić się w zbiorniku rozpuszczonego wodoru [  ]. W przeszłości siła niektórych relacji syntroficznych powodowała zamieszanie; to, co obecnie wiadomo, że jest syntroficznym związkiem między hydrotroficznym metanogenem ( Methanobacterium bryantii ) a bakterią fermentującą etanol do wodoru i octanu, kiedyś uważano za jeden gatunek ( Methanobacterium omelianskii ) [  ,  ]. W większości reakcji syntroficznych, termodynamicznie niekorzystna (dodatnia standardowa zmiana energii swobodnej (ΔG 0′ ) reakcja fermentacji jest połączona z termodynamicznie korzystną (ujemną ΔG 0′ ) reakcją wodorotroficzną. Na przykład beztlenowe utlenianie octanu przez wtórne fermentujące mikroorganizmy syntroficzne , takie jak Clostridium spp., jest reakcją energetycznie niekorzystną (ΔG 0′ = +26,15 kJ·mol -1 H 2 ) i będzie zachodzić tylko wtedy, gdy procesy mikrobiologiczne zużywające wodór, takie jak metanogeneza hydrotroficzna (ΔG 0′ = -33,9 kJ ·mol −1 H 2 ), usunąć wodór [  ] i postępować w niestandardowych warunkach.W ten sposób reakcje fermentacji, które mają charakter endergiczny, mogą in situ stać się egzoergiczne, jeśli wodór zostanie usunięty przez mikroorganizmy pochłaniające wodór [  ,  ].

7. Specyficzne warunki środowiskowe: istotne źródła wodoru i mikroorganizmy zmieniające wodór

7.1. Środowiska podmorskie

W głęboko beztlenowych osadach oceanicznych, wraz ze spadkiem stężenia materii organicznej, radioliza wody wydaje się zyskiwać coraz większe znaczenie jako źródło wodoru [  ]. Na podstawie stężenia pierwiastków promieniotwórczych oraz porowatości i wielkości ziaren osadu Blair i in. [  ] opracowali model produkcji wodoru poprzez radiolizę i doszli do wniosku, że w takich środowiskach wodór może zasilać nawet 10% oddychania drobnoustrojów [  ]. Dzaugis i in. (2016) zasugerowali, że w młodych bazaltach oceanicznych na wschodnim Pacyfiku (<10 mA) wodór radiolityczny jest mniej ważnym źródłem donorów elektronów niż Fe (II), który ulega utlenieniu. Jednak z drugiej strony radiolityczny wodór w starszych bazaltach oceanicznych może być dominującym źródłem elektronów, ponieważ niewielka ilość Fe (II) jest podatna na utlenianie, a tym samym serpentynizację [  ]. Obliczono, że w tym środowisku produkcja radiolitycznego wodoru może utrzymać 30−1500 komórek drobnoustrojów w objętości wody sąsiadującej z 1 cm 2 bazaltu, w zależności od jego radioaktywności. Dla osadów poniżej wiru południowego Pacyfiku obliczono tempo produkcji wodoru do 4,8 × 10-9 mol H 2 cm -2 /rok [  ]. Inne badania sugerują, że sama abiotyczna produkcja wodoru jest niewystarczająca do utrzymania obserwowanej biomasy drobnoustrojów w skorupach oceanicznych, i postawiono hipotezę, że fermentacja przez grzyby beztlenowe i inne źródła materiału organicznego może zapewnić dodatkowe źródła wodoru w osadach oceanicznych [  ].

W osadach oceanicznych wodór może być wytwarzany biologicznie z szeregu minerałów w temperaturach od 0 °C do 100 °C (szczególnie powyżej 70 °C) [  ] oraz w procesach biomechanochemicznych (naprężenia i pękanie spowodowane aktywnością tektoniczną, wzmocnione przez mikroorganizmy aktywność) są prawdopodobnie odpowiedzialne za produkcję wodoru w osadach pod dnem morskim. Parkes i in. [  ] wskazali, że w tym środowisku produkcja wodoru jest większa w obecności prokariotów niż w kontroli abiotycznej, chociaż odpowiedzialne za to procesy metaboliczne nie zostały jasno określone. Wytwarzany wodór jest niezbędny do utrzymania obserwowanych ilości biomasy w tych osadach. Wodór ten następnie dodatkowo stymuluje redukcję siarczanów przez drobnoustroje, acetogenezę, produkcję dwutlenku węgla i metanogenezę. Nowsze prace wykazały, że wodór wytwarzany przez kruszenie granitu może wspierać długotrwałe kultury metanogenne [  ]. Wykazano również, że wodór uwalniany w wyniku rozdrabniania skał wytwarza ilość wodoru wystarczającą do wspierania metanogenezy w środowiskach subglacjalnych [  ].

7.2. Zbiorniki węglowodorów

Radioliza może być także ważnym źródłem wytwarzania wodoru in situ w niektórych złożach węglowodorów. Zazwyczaj złoża węglowodorów (np. zbiorniki Morza Północnego) są zdominowane przez metan, a zawartość gazowego wodoru jest mniejsza niż 1% [  ]. Czasami jednak gromadzi się wolny wodór, lecz pochodzenie wodoru w tych polach jest często nieznane. Możliwym źródłem jest radioliza wody w wyniku radioaktywnego rozpadu potasu, ponieważ wodór występuje zwykle w większej ilości tam, gdzie niektóre skały zbiornikowe lub źródłowe zawierają złoża ewaporatów, szczególnie złoża potażu [  ]. W innych przypadkach wodór mógł migrować skądinąd, np. w przypadku pola gazowego Koksher w Estonii (prawie 21% wodoru) gaz mógł migrować z morskich złóż szwedzkiego kambru bałtyckiego [  ]. Inne procesy, które mogą wyjaśniać obecność wodoru w złożach węglowodorów, obejmują termiczną degradację materii organicznej w basenach sedymentacyjnych, serpentynizację na głębokości lub biologiczną aromatyzację ropy naftowej [  ]. Dowody na metanogenezę wodorotroficzną znaleziono w zbiornikach z kilku złóż, w tym z basenu Illinois w Stanach Zjednoczonych (USA) [  ], podgrupy Woolaton w Australii [  ] i południowego basenu Qinshui w Chinach [  ]. Wolny wodór rzadko występuje w węglach i kopalniach węgla, a większość węgli zawiera głównie metan. Jednakże w niektórych kopalniach byłego Związku Radzieckiego w gazach stwierdzono anomalny wolny wodór pochodzący z węgla, zawierający 3–40% wodoru [  ]. Analiza zbiorowisk drobnoustrojów w wodzie związanej ze złożami węgla i ropy naftowej wykazała, że ​​dominują sekwencje związane z metanogenami wodorotroficznymi (Methanomicrobiales i Methanobiotices) oraz szeroką gamą bakterii fermentacyjnych [  ]. Mayumi i in. [  ] wykazali, wykorzystując eksperymenty i obliczenia termodynamiczne, że zwiększone ciśnienie cząstkowe dwutlenku węgla w mikrokosmosach symulujących złoża ropy naftowej może zwiększyć tempo metanogenezy w wyniku przejścia od syntroficznego utleniania octanu i hydrotroficznej metanogenezy do metanogenezy acetoklastycznej, co będzie miało wpływ na dominującym procesie obiegu wodoru. Metanogeneza ma tendencję do zwiększania się przy niższym zasoleniu [  ], co może wyjaśniać, dlaczego niektóre złoża łupkowe, takie jak Antrim Shale (Michigan Basin, USA) i wyspa Öland, wytwarzają metan o znacznej zawartości biogenów [  ]. Uważa się, że w obu miejscach rozcieńczenie zasolenia przez wody roztopowe lodowców stymulowało metanogenezę (hydrogenotroficzną).

7.3. Złoża ewaporatów

Lokalnie wysokie stężenia wolnego wodoru są czasami związane z osadami ewaporatów, szczególnie potażu, i można je również przypisać połączeniu radiolizy wody i późniejszej reakcji wody z produktem pochodnym 40 Ca powstałym w wyniku radioaktywnego rozpadu potasu ( 40 K) ( np. Literatura [  ,  ,  ]). Godne uwagi wystąpienia wodoru w halicie obejmują kopalnię soli Leopoldshall w złożach halitu cechsztyńskiego (permskiego) w Stassfurcie w Niemczech, gdzie wodór płynął przez ponad 4,5 roku z szybkością 35,2 mol·dzień -1 [  ]. Oprócz radiolizy wody wodór może pochodzić z gazu uwięzionego podczas wczesnej biodegradacji materii organicznej w halicie [  ] lub mógł migrować skąd indziej [  ]. Chociaż halit jest wrogim środowiskiem dla wielu mikroorganizmów [  ], donoszono o żywych bakteriach i archeonach w wyniku wtrąceń płynnych w odparowanych minerałach ze złóż, np. Yunying Depression w Chinach [  ] i Saline Valley w USA [  ]. Wykazano, że bakterie i archeony tolerujące halotolerację obiegu wodoru [  ,  ,  ] i chociaż wodór wykryto we wtrąceniach płynnych [  ], nie znaleziono jeszcze dowodów na mikrobiologiczny obieg wodoru w takich wtrąceniach płynnych.

7.4. Krystaliczna piwnica

Donoszono o stężeniach wolnego wodoru sięgających 30% objętości zawartego gazu w kopalniach znajdujących się w obszarach tarczy kanadyjskiej, rosyjskiej i fenoskandyjskiej oraz w odwiertach w spękanym podłożu krystalicznym Archaean, takich jak obszary Pori i Juuka w Finlandii [  ,  ,  ]. Duża część tego wodoru będzie prawdopodobnie wynikiem radiolizy wody w niskich temperaturach bliskich powierzchni, ale aktywna serpentynizacja może również odpowiadać za większość wodoru napotykanego w odwiertach Juuka i Pori w tarczy Fennoskandyjskiej [  ]. Jeszcze wyższe stężenia wodoru (68–88% całkowitego gazu) odnotowano w odwiertach w ścianach granulitowych Półwyspu Kolskiego, w pobliżu granicy z Finlandią, oraz w odwiercie kopułowym Tarta (96%). Mogło to być spowodowane groblą działającą jako bariera dla przepływu gazu, powodując gromadzenie się wodoru [  ]. W laboratorium Ęspö Hard Rock w Szwecji (45 nM do 100 µM wodoru w wodach gruntowych), zlokalizowanym w spękanej skale granitowej, odkryto hydrotroficzne metanogeny i acetogeny, których acetogeneza wspiera aktywność metanogenów acetotroficznych i prawdopodobnie innych organizmów wykorzystujących octany, takich jak reduktory siarczanów i reduktory żelaza [  ,  ]. Przedstawiciele rodzaju Hydrogenophaga dominowali w zbiorowiskach bakterii w wodach gruntowych w pęknięciach skał granitowych w Olkiluoto w Finlandii, gdy stężenie siarczanów było niskie, a reduktory siarczanów ( Desulfobacula , Desulfovibrio , Desufobulbaceae , Desulfobacterium , Desulfosporosinus i Desulfotignum ) dominowały, gdy stężenie siarczanów było niskie wysoki, chociaż gatunki Hydrogenophaga nadal występowały w niewielkiej liczebności i odwrotnie [  ]. W innym miejscu w Finlandii (głęboki odwiert Outokumpu), w którym występuje zakres stężeń wodoru (0,008 mM do 3,1 mM), środowisko jest zamieszkane przez gatunki bakterii, takie jak Hydrogenophaga spp. [  ] Zasugerowano, że Hydrogenophaga może zajmować niszę o niskiej zawartości wodoru i tlenu w strefie przejściowej tlenowo-beztlenowej. W zbiorowisku archeonów w strefie głębokich pęknięć dominują metanogeny wodorotroficzne (Methanobacteriaceae). Istnieją dowody na wiązanie azotu w podłożach krystalicznych [ ], zapewniając potencjalne dodatkowe źródło wodoru. Dane genomiczne sugerują, że organizmy posiadające genetyczną zdolność do beztlenowego utleniania wodoru i wiązania azotu wydają się być zaangażowane w tworzenie biofilmu w warunkach oligotroficznych w laboratorium Ęspö Hard Rock i jest to obszar zasługujący na dalsze badania w celu zrozumienia aktywności drobnoustrojów w tych środowiskach [  ,  ].

Płyny z Witwatersrand Basin, dużego obszaru wydobycia złota w Republice Południowej Afryki, zawierają wodór wytwarzany głównie w wyniku radiolizy (potencjalnie wywołanej rozpadem radioaktywnym uranu, toru i potasu). Zmierzone stężenia wodoru wahały się od 0,014 nM do 7,4 mM; jednakże autorzy obliczyli znacznie wyższe stężenia wodoru in situ z powodu strat spowodowanych abiogenicznym tworzeniem się i dyfuzją metanu, a stężenie rozpuszczonego wodoru było wystarczające do utrzymania zbiorowisk litotroficznych drobnoustrojów obecnych w wodzie szczelinowej [  ]. Dowody genetyczne z rybosomalnego DNA 16S (rDNA) i genu specyficznej dla metanogenu reduktazy M metylokoenzymu ( mcrA ) [  ,  ] sugerują udział drobnoustrojów w obiegu wodoru w wodach gruntowych, przy czym metanogeny należące do Methanobacteriaceae zidentyfikowano w tym miejscu. Obliczenia sugerują, że ilość wodoru zarejestrowana w kilku tarczach prekambryjskich jest wystarczająca do utrzymania społeczności litotroficznych i zahamowania zachodzącej fermentacji wytwarzającej wodór [  ].

Podziemny ośrodek badawczy Sanford w Południowej Dakocie w USA znajduje się w skałach metaosadowych i można do niego dotrzeć poprzez dawną kopalnię złota. Badania sekwencjonowania 16S rDNA ujawniły obecność związków utleniających wodór, metanogennych, redukujących siarczany i żelazo, a dane metagenomiczne sugerują, że zdolność wykorzystania wodoru jako donora elektronów może być powszechna wśród mikroorganizmów w tym środowisku [  ]. Modelowanie termodynamiczne wykazało, że zmierzone in situ stężenie wodoru jest zbyt niskie, aby mogło stanowić znaczące źródło energii; jednakże dane molekularne sugerują, że społeczność utleniająca wodór jest skoncentrowana w biofilmach. Może to wskazywać na aktywną społeczność drobnoustrojów wykorzystującą wodór zaraz po jego wytworzeniu [  ].

7,5. Skały ultramaficzne i mafijne oraz systemy geotermalne i wulkaniczne

W szczególności skały ultramaficzne (np. ofiolit i warstwowe kompleksy magmowe) mogą ulegać zmianom w procesie serpentynizacji [  ,  ,  ]. Gaz związany z tymi skałami to głównie wodór i mniejsze ilości innych gazów, w tym azotu, tlenu, metanu i dwutlenku węgla [  ]. Znaczne wyciekanie gazów bogatych w wodór zaobserwowane w związku z serpentynitami na całym świecie (np. Literatura [  ,  ,  ]). Przywoływano również serpentynizację w niskiej temperaturze jako przyczynę produkcji gazów abiotycznych w ofiolitach Zambales (Filipiny) i Omanie [  ,  ,  ]. Wyciek gazu w Chimaera w Turcji jest największy w Europie i jeden z największych na świecie wycieków wodoru do lądu [  ,  ]. Tutaj gazy bogate w metan zawierające 7,5–11% wodoru wydzielają się od tysięcy lat [  ]. Badania izotopowe i inne wskazują, że uwolniony metan i wodór powstały w wyniku niskotemperaturowych (odpowiednio poniżej 100°C i poniżej 50°C) procesów abiotycznych związanych z serpentynizacją ofiolitu Tekirova [  ]. W ośrodku Chimaera dowody izotopowe i biomarkerowe wskazują na dodatkową aktywną metanogenezę drobnoustrojów (bez beztlenowego utleniania metanu) i podporządkowaną redukcję siarczanów [  ]. W tym miejscu w pobliżu powierzchni scharakteryzowano heterotroficzną społeczność drobnoustrojów zawierającą bakterie denitryfikacyjne, ale nie organizmy wiążące azot [  ].

Chociaż rzadkość, produkcja gazu z hiperalkalicznych wód bogatych w wodorotlenek wapnia wydobywających się z systemów serpentynizowanych może mieć niską zawartość wodoru, np. ofiolit Othrys [  ], Grupa Voltri [  ] i Genua we Włoszech [  ]. Może to wynikać ze zużycia wodoru w wyniku redukcji dwutlenku węgla (np. poprzez abiotyczną syntezę typu Fischera-Tropscha lub metanogenezę mikrobiologiczną [  ]).

Donoszono o obecności wodoru w postaci gazowej w niektórych alkalicznych kompleksach magmowych, głównie w kompleksach karbonatytów i nefelinitów, które obejmują skały ultramaficzne pochodzące z płaszcza [  ]. Wysoka zasadowość i niski poziom akceptorów elektronów w serpentynitach stanowią wyzwanie dla życia drobnoustrojów [  ]. Jednakże 16S rDNA w tlenowych wodach gruntowych kompleksu ofiolitów Leka w Norwegii wykazuje społeczności bakteryjne zdominowane przez bliskich krewnych Hydrogenophaga spp. [  ] Organizmy te są chemoorganotroficzne lub chemolitoautotroficzne, utleniają wodór jako źródło energii i wykorzystują dwutlenek węgla jako źródło węgla [  ]. W tym środowisku nie jest jasne, z jakim procesem wiąże się utlenianie wodoru. Wodór wytwarzany w kominach hydrotermalnych na grzbietach oceanicznych osiąga stężenie do 15 mM w wypływającym płynie hydrotermalnym [  ]. Badania na polu hydrotermalnym Rainbow położonym na grzbiecie środkowoatlantyckim wykazały, że wodór stanowi ponad 40% całkowitego rozpuszczonego gazu obecnego w płynie hydrotermalnym [  ]. Badania mikrobiologiczne w tych środowiskach wskazują, że wodorotrofia jest bardzo ważna [  ]. Brazelton i in. [  ] odkryli wysoką gęstośćhydrogenaz, co sugeruje rolę organizmów należących do Clostridiales w produkcji wodoru w źródłach serpentynowych, źródłach morskich i kontynentalnych (odpowiednio pole hydrotermalne Lost City i Tablelands Ophiolite w Nowej Fundlandii). Ich zbiór danych metagenomicznych nie potwierdził alternatywnej hipotezy, że Clostridia wytwarza wodór głównie w drodze acetogenezy, ale autorzy przyznali, że konieczne będą dalsze badania biochemiczne i fizjologiczne w celu ustalenia roli, jaką Clostridia odgrywa w produkcji wodoru w tym środowisku. W tym samym badaniu nie udało się zidentyfikować znaczących dowodów genetycznych na metanogeny, ale istnieją izotopowe dowody na metanogenezę drobnoustrojów zachodzącą w innych podobnych miejscach, w tym na polu hydrotermalnym Lost City [  ]. W skorupie oceanicznej wokół grzbietu Juan de Fuca wodór jest zarówno abiotyczny (utlenianie żelaza w wyniku dysocjacji wody), jak i biotyczny (fermentacja), z dużymi czasowymi i przestrzennymi wahaniami stężeń gazów, co wskazuje na dynamiczną cyrkulację z potencjałem różnorodnych mikrosiedliska [  ]. Badania izotopowe metanu sugerują zarówno źródła biotyczne, jak i abiotyczne oraz że metan biotyczny jest wykorzystywany jako źródło energii w procesie metanotrofii.

Serpentynizacja jest również ważna jako źródło wodoru ze źródeł geotermalnych i hydrotermalnych. Przykłady znacznych ilości gazowego wodoru zarejestrowano w płynach geotermalnych na polu geotermalnym Lardarello we Włoszech (1,7–4,3% wodoru w odprowadzanym gazie), gorących źródłach Lidy w Idaho, Kerlingerfjoll i Landmannlauger na Islandii (9–36% wodoru w odprowadzanych gaz) oraz w Milos w Grecji [  ]. Strumień wodoru w górze Erebus na Antarktydzie zmierzono jako 1,4 × 10 6 mol·dzień -1 [  ], a zbiorowiska bakterii w podlodowych kominach fumarolowych zawierają gatunki utleniające wodór wraz z potencjalnymi metanotrofami (które mogłyby wykorzystywać odgazowane metan), bez dowodów na metanogenezę drobnoustrojów [  ]. Chociaż wiadomo, że wodór uwalnia się z góry Erebus, w tym badaniu nie mierzono go, więc może się zdarzyć, że w tym miejscu metanogeneza była ograniczona dostępnością wodoru. Jednakże potencjalne utleniacze wodoru, w tym Thermocrinus ruberHydrogenobacter spp., Hydrogenobaculum spp., Hydrogenothermus spp. i reduktory siarczanów utleniające wodór, dominują sekwencje z ekosystemu geotermalnego Yellowstone [  ], a symbiotyczne relacje z mikroorganizmami wodorotroficznymi mogą wspierać całe ekosystemy w miejscach hydrotermalnych [  ].

7.6. Obszary aktywne tektonicznie

Mechanochemiczne interakcje pomiędzy spękanymi powierzchniami skał a wodami gruntowymi mogą powodować wytwarzanie wodoru w aktywnych strefach uskoków, takich jak uskok Yamasaki [  ], uskok Wenchuan [  ] i uskok San Andreas [  ]. Następnie badania eksperymentalne wykazały, że podczas kruszenia i mielenia skał może wydzielać się wodór [  ,  ]. Jak omówiono powyżej, radioliza i interakcja woda-skała mogą wytwarzać wodór, a procesy tektoniczne prowadzące do kataklazy mogą przyspieszyć produkcję wodoru poprzez wystawienie świeżych powierzchni mineralnych na działanie wód gruntowych [  ]. Procesy serpentynizacji mogą również przyczyniać się do powstawania części wodoru wykrywanego w niektórych strefach uskoków, np. uskoku San Andreas [  ]. McMahona i in. [  ] doszli do wniosku, że zmierzona zawartość wodoru i wody w skałach uskokowych była wystarczająca do utrzymania mikroorganizmów wodorotroficznych. Sekwencjonowanie DNA zbiorowisk drobnoustrojów w źródłach ze źródłami z głębokich stref uskoków wskazuje na dominację Archeonów nad bakteriami, przy czym w zbiorowisku dominują metanogeny hydrotroficzne należące do rzędów Methanobacteriumes i Methanosarcinales [  ]. Wodór wzbogacony deuterem jest początkowo wytwarzany podczas uskoku trzęsienia ziemi; jednakże wodór w naturalnych uskokach jest zubożony w deuter, co może być wynikiem organizmów metabolizujących wodór wokół naturalnych stref uskoków, poprzez katalizowanie wymiany izotopów wodoru pomiędzy fazą gazową i płynną [  ].

8. Znaczenie dla wczesnej Ziemi i innych ciał planetarnych

Badanie niektórych środowisk opisanych powyżej, w szczególności ofiolitów, innych ustawień ultramaficznych i miejsc takich jak Rio Tinto w pasie iberyjskiego pirytu, zasugerowało je jako odpowiednie miejsca analogiczne do poszukiwania dowodów na istnienie życia na wczesnej Ziemi oraz życie przeszłe lub obecne na innych planetach [  ,  ,  ,  ]. Jak opisano powyżej, miejsca te charakteryzują się metabolizmem wodorotroficznym. Sugerowano, że podwodne kominy hydrotermalne nad serpentynitami na wczesnej Ziemi zapewniały odpowiednie gradienty wodoru, a także warunki geochemiczne, temperaturowe i pH, aby być potencjalnym miejscem powstania życia na Ziemi [  ]. Oprócz wodoru w procesie tym zostaną dostarczone donory elektronów, takie jak metan, mrówczan, octan i amoniak, oraz niezbędne pierwiastki, takie jak metale przejściowe i siarczki metali przejściowych [  ]. Wraz z fosforanami (rozpuszczonymi w wodzie morskiej) proces ten mógłby dostarczyć wszystkich pierwiastków niezbędnych do życia. Pojawiło się wiele spekulacji na temat tego, czy na Marsie mogły wyewoluować ekosystemy napędzane wodorem, a McMahon i in. [  ] zaproponowali, że nawet przy niskim poziomie sejsmiczności Marsa skały uskokowe zawierają wystarczająco duże ilości gazowego wodoru, aby podtrzymać podpowierzchniową, ograniczoną czasowo hydrotrofię. Radioliza i serpentynizacja w noarchijskiej (3,7–4,1 Ga) skorupie marsjańskiej prawdopodobnie wytworzyły podobne ilości wodoru jak ziemska skorupa prekambryjska, o której wiadomo, że podtrzymuje chemolitotroficzne życie drobnoustrojów [  ]. Badanie to sugeruje, że potencjalnie nadające się do zamieszkania środowisko istniało na Marsie od czasów przednoarchijskich i zidentyfikowało strefę silnie spękaną subkriosferę jako charakteryzującą się temperaturami odpowiednimi do życia. Warunki postnoarchijskie stawały się coraz bardziej nieprzyjazne życiu, a dzisiejsze warunki powierzchniowe stwarzają utleniające, silnie napromieniowujące i beztlenowe środowisko, co sprawia, że ​​podpowierzchnia może zawierać wodę w stanie ciekłym, źródła energii (np. wodór z serpentynizacji) i związki organiczne , najbardziej obiecujące miejsce do poszukiwania życia [  ]. Kilka ciał pozaziemskich opisano jako światy oceaniczne, ponieważ mają one lub mogły mieć oceany; dlatego też skupiają się na poszukiwaniach życia poza Marsem, ale w naszym Układzie Słonecznym [  ]. Księżyc Saturna Tytan ma gęstą atmosferę zawierającą 0,1% wodoru [  ]. McKay i Smith [  ] postulowali, że istnieje potencjał metanogenezy drobnoustrojów z acetylenu lub etanu. Chociaż pokryty lodem księżyc Saturna, Enceladus, nie posiada atmosfery, niedawno odkryto dowody na obecność wodoru cząsteczkowego w pióropuszach [ ], a metanogenezę drobnoustrojów wykazano w przewidywanych warunkach fizykochemicznych na Enceladzie [ ].

9. Wpływ mikrobiologicznego obiegu wodoru na przemysł podpowierzchniowy

Oprócz zrozumienia naturalnych procesów zachodzących w różnych warunkach, zrozumienie spożycia i produkcji drobnoustrojów ma znaczenie dla wielu branż, w których aktywność drobnoustrojów może mieć wpływ na działanie. Zazwyczaj oddziaływania te są negatywne, np. prowadzą do zwiększonej korozji pod wpływem drobnoustrojów lub zużycia zmagazynowanych gazów. Wpływ na różne aspekty przemysłu podziemnego omówiono w poniższych sekcjach.

9.1. Korozja metalu w podłożu

Korozja pod wpływem drobnoustrojów stanowi problem w wielu gałęziach przemysłu podziemnego, w tym w wydobyciu i składowaniu węglowodorów [  ,  ], usuwaniu odpadów radioaktywnych [  ,  ,  ] oraz systemach dystrybucji wody [  ]. Korozja pod wpływem drobnoustrojów to zbyt obszerny temat, aby go tu odpowiednio omówić, dlatego czytelnika odsyłamy do przeglądu takiego jak Literatura [  ] w celu uzyskania szczegółowego przeglądu. Jednakże znaczenie tego przeglądu jest takie, że korozja metali (czy to pod wpływem abiotycznym, czy mikrobiologicznym) powoduje uwalnianie wodoru, który następnie może stać się dostępny do wykorzystania przez mikroorganizmy. W powodowaniu korozji biorą udział mikroorganizmy zużywające wodór, w tym metanogeny, reduktory siarczanów i acetogeny, a także różne klasy mikroorganizmów heterotroficznych. Dwie grupy mikroorganizmów uważane za szczególnie ważne to reduktory siarczanów i metanogeny [  ]. Zwykle w obecności wysokich stężeń siarczanów reduktory siarczanów konkurują z metanogenami ze względu na ich niższy próg wodorowy (patrz odniesienia w Literaturze [  ]); jednakże metanogeneza może nadal zachodzić w obecności siarczanu. Metanogeny acetoklastyczne będą również konkurować z reduktorami siarczanów o octan, ale ponieważ metanogeneza może przebiegać poprzez degradację metylowanych związków organicznych (metanogeneza metylotroficzna), metanogeny nie zawsze będą bezpośrednio konkurować z reduktorami siarczanów o wodór [  ].

9.2. Magazynowanie gazu

Miejsca pod powierzchnią ziemi można wykorzystać do magazynowania szeregu gazów paliwowych (np. metanu, wodoru czy gazu miejskiego) oraz do geologicznego składowania dwutlenku węgla. Potencjalne skutki aktywności drobnoustrojów obejmują zanieczyszczenie zmagazynowanego gazu siarkowodorem, przyspieszenie korozji przez wytwarzanie siarkowodoru, wytrącanie się siarczku żelaza, tworzenie biofilmu, wytrącanie węglanów lub produkcję metanu (Netherlands Enterprise Agency, 2017). W podziemnych magazynach gazu w Stawropolu Północnym zbiorowisko nadające się do uprawy było zdominowane przez metanogeny wodorotroficzne, acetogeny i reduktory siarczanów [  ,  ]. W próbkach znajdujących się blisko krawędzi podziemnego magazynu metanu (90% metanu, z alkanami C2–C5) w górnojurajskiej części wapiennej w Basenie Paryskim, liczne sekwencje DNA od użytkowników wodoru, takich jak Desulfotomaculum spp., Desulfovibrio aespoensis (oba reduktory siarczanów) i Acetobacterium carbinolicum (acetogen) sugerują, że dwutlenek węgla i wodór są odpowiednio głównymi źródłami węgla i energii. W hodowli ani w DNA nie wykryto żadnych archeonów (w tym metanogenów) [  ]. Autorzy sugerują, że jest to zgodne z wypieraniem metanogenów przez reduktory siarczanów ze względu na stężenie siarczanów w wodzie formacyjnej.

W miejskich magazynach gazu (zwykle 45–60% wodoru) zaobserwowano znaczne straty wodoru ze zmagazynowanego gazu, a zarówno metanogeneza (skutkująca utratą objętości), jak i mikrobiologiczna redukcja siarczanów (skutkująca produkcją siarkowodoru) uznano za budzące obawy na miejscu w Lobodicach w Czechach [  ]. Produkcja siarkowodoru stanowi również problem w przypadku podziemnego magazynowania wodoru [  ,  ,  ], szczególnie w przypadku przechowywania w porowatych (np. piaskowcowych) zbiornikach [  ]. Modelowanie numeryczne uwypukliło potencjał zużycia wodoru przez drobnoustroje na froncie, gdzie wtryskiwany wodór wypiera istniejący gaz. W zależności od warunków środowiskowych może to prowadzić do metanogenezy lub produkcji siarkowodoru [  ,  ]. Należy zauważyć, że modelowanie pokazujące aktywność drobnoustrojów opierało się na przechowywaniu w przepuszczalnych zbiornikach; składowanie w formacjach soli prawdopodobnie będzie stanowić trudniejsze środowisko dla organizmów, ale potrzebne są dalsze badania, aby wykluczyć jakąkolwiek możliwą aktywność drobnoustrojów.

Przeglądy dotyczące zatłaczania wodoru do podziemnego magazynu metanu (zwykle o zawartości wodoru 5–10%) identyfikują redukcję siarczanów, metanogenezę i acetogenezę jako trzy główne reakcje mikrobiologiczne, które mogą zachodzić w miejscu składowania, potencjalnie nawet w temperaturach do 90 °C i przy dużych zasoleniach [  ,  ]. W przeglądach tych zalecono, aby przed wstrzyknięciem wymagana była indywidualna ocena miejsc w celu ustalenia potencjalnej aktywności drobnoustrojów. Co ciekawe, badania laboratoryjne przeprowadzone przez Wurdemanna i in. (opisane w publikacji [  ]) nie zaobserwowali żadnych zmian w składzie gazu ani produkcji biofilmu w doświadczeniach zawierających 8% wodoru, chyba że dodano dwutlenek węgla i składniki odżywcze. Donoszono, że składniki odżywcze z płuczek wiertniczych itp. dostarczają składników odżywczych/węgla w celu wspierania wzrostu drobnoustrojów [  ]. Jeden z innowacyjnych projektów ma na celu przekształcenie metabolizmu drobnoustrojów, który często uważa się za mający negatywny wpływ, w podpowierzchniowy proces przemysłowy. W ramach projektu Underground Sun Conversion planuje się wstrzykiwanie wodoru wytwarzanego przez energię odnawialną wraz z dwutlenkiem węgla ze spalania biomasy do zbiornika gazu, co umożliwi powstawanie metanu na głębokości ponad 1000 m pod ziemią, zapewniając neutralne pod względem emisji dwutlenku węgla źródło metanu, które można pobrać, gdy potrzebne [  ].

Stwierdzono, że aktywność mikrobiologiczna ma potencjalnie korzystny (np. poprawiający szczelność [  ]) lub negatywny wpływ (np. blokowanie wtrysku, korodowanie infrastruktury [  ,  ]) na wtryskiwanie lub składowanie dwutlenku węgla. W miarę wzrostu zainteresowania gospodarką wodorową prawdopodobnie wzrośnie zapotrzebowanie na wychwytywanie i składowanie dwutlenku węgla (CCS) na drodze reformingu metanu z parą wodną do wodoru. Oczekuje się, że dwutlenek węgla z tego źródła będzie zawierał pewną ilość wodoru i może zwiększyć aktywność drobnoustrojów, jak zaobserwowano w przypadku wspólnego magazynowania metanu i wodoru (np. Literatura [  ]). Przeprowadzono kilka badań dotyczących reakcji społeczności drobnoustrojów w odpowiedzi na wtrysk dwutlenku węgla do potencjalnych materiałów zbiornikowych lub w pilotażowych eksperymentach związanych ze składowaniem; jednakże, zgodnie z naszą najlepszą wiedzą, nikt nie badał wpływu zanieczyszczeń wodorowych. Jednakże temat ten jest głównym przedmiotem bieżących prac w ramach projektu ERA-NET ELEGANCY [  ].

Badania miejsc proponowanych do składowania dwutlenku węgla wykazały obecność przedstawicieli rodzajów zawierających znane wodorotrofy, w tym acetogeny, reduktory siarczanów, Hydrogenophaga , Acidovorax i Ralstonia spp. być obfitym [  ,  ]. Kilka badań laboratoryjnych i terenowych wykazało podwyższony poziom metanogenów, zwłaszcza w początkowych fazach wstrzykiwania dwutlenku węgla. Po rozpoczęciu wstrzykiwania dwutlenku węgla w społeczności drobnoustrojów dominowały archeony metanogenne. Jednakże po około pięciu miesiącach zaobserwowano, że reduktory siarczanów przewyższają metanogeny, co powoduje wytrącanie się siarczku żelaza w odwiercie, a w konsekwencji zmniejszenie szybkości zatłaczania [  ,  ]. Odmienną reakcję odnotowano po wstrzyknięciu do formacji Paaratte w dorzeczu Otway, gdzie zaobserwowano przejście od metabolizmu fermentacyjnego w stronę metabolizmu oddechowego [  ]. W tym przypadku zasugerowano również wzrost metanogenezy w odpowiedzi na wstrzyknięty dwutlenek węgla [  ]. W badaniach laboratoryjnych prowadzonych pod podwyższonym ciśnieniem, temperaturą i zasoleniem, metanogeny wodorotroficzne były w stanie pokonać wodorotroficzne reduktory siarczanów [  ].

9.3. Utylizacja odpadów radioaktywnych

Naukowcy badający bezpieczne składowanie odpadów promieniotwórczych w składowiskach geologicznych przeprowadzili znaczną ilość pracy, aby zrozumieć wytwarzanie wodoru w wyniku korozji metali w składowisku (np. pojemników na odpady, komponentów wypalonego paliwa jądrowego i jego późniejszego zużycia) [  ,  ,  ,  ,  ,  ]. Główne obawy związane z wytwarzaniem wodoru dotyczą wpływu na integralność strukturalną składowiska, możliwości działania wodoru jako „nośnika” dla innych radioaktywnych związków gazowych (np. związków niosących 222 Rn i 14 C, takich jak CO 2 i CH 4 ) obecne w składowisku odpadów oraz uszkodzenie konstrukcyjnej bariery i przyległej skały macierzystej w wyniku nadmiernego ciśnienia. W warunkach beztlenowych korozja metalu powoduje wytwarzanie wodoru w wyniku redukcji wody. W zależności od rodzaju odpadów obecne metale mogą obejmować materiały pochłaniające (np. stal węglową, stal nierdzewną lub miedź) i/lub reaktywne metaliczne składniki odpadów (np. aluminium, okładziny Zircaloy, okładziny Magnox i uran). Szybkość produkcji wodoru jest ograniczona dostępnością wody, polem powierzchni reagującego metalu i szybkością korozji każdego gatunku metalu [  ,  ,  ]. Wiele uwagi poświęcono potencjałowi tego wodoru w zakresie umożliwienia wzrostu wodorotroficznych reduktorów żelaza i siarczanów ze względu na możliwość, że te procesy mogą powodować dalszą korozję, zmieniać bariery gliniaste lub zużywać nadmiar gazowego wodoru [  ,  ]. Istnieją również dowody sugerujące, że mikrobiologiczne wytrącanie warstw Cu2S może spowolnić korozję poprzez zwiększenie odporności na atak jonów chlorkowych [  ]. Jednakże obecność siarczku można uznać za szkodliwą, ponieważ wiadomo również, że zwiększa on szybkość korozji metalicznej miedzi [  ]. Badania przeprowadzone w kilku podziemnych laboratoriach badawczych w obszarach geologicznych związanych z usuwaniem odpadów radioaktywnych wykazały obecność rodzimych zbiorowisk drobnoustrojów w dużym stopniu zależnych od metabolizmu wodoru [  ,  ,  ,  ]. Eksperymenty z wtryskiem wodoru w granitowym laboratorium Ęspö Hard Rock wskazują, że wodór stymuluje społeczność drobnoustrojów, zwiększając tempo wzrostu drobnoustrojów oraz zwiększając produkcję siarczków i octanów [  ]. W Podziemnym Laboratorium Badań Horonobe opracowano modele ekologiczne dla społeczności tubylczych [ ] oraz dla społeczności stymulowanych wodorem w podziemnym laboratorium Mt Terri w Szwajcarii [  ]. Obydwa ujawniają złożoną sieć ekologiczną opartą na metabolizmie wodoru. W naturalnych warunkach fermentacja materii organicznej w osadzie wytwarza wodór wraz z dwutlenkiem węgla i prostymi związkami organicznymi, które wspierają bardziej zróżnicowaną społeczność, w tym heterotrofy. Wiadomo, że aktywność mikroorganizmów w środowiskach gliniastych, takich jak Mt Terri, jest niska ze względu na połączenie ograniczonej przestrzeni porów, dostępności wody i węgla organicznego [  ]. Aktywność mikroorganizmów może ograniczać się do pęknięć, które mogą powstać w strefie uszkodzonej wykopem składowiska. Zwiększone dostawy wodoru (jak można się spodziewać po korozji kanistrów) mogą stymulować społeczność autotroficznych utleniaczy wodoru. W miarę wzrostu biomasy i ostatecznie obumierania komórek, martwica wspiera fermentory, a następnie heterotroficzne reduktory siarczanów, które utleniają produkty fermentacji do dwutlenku węgla. Donoszono, że działanie reduktorów siarczanów zwiększa korozję stali w warunkach składowania w gliniastej skale macierzystej [  ] i może zmieniać strukturalną zawartość żelaza żelazowego w bentonicie, co może mieć wpływ na jego działanie jako materiału barierowego [  ]. W działającym zakładzie unieszkodliwiania odpadów należy wziąć pod uwagę złożone procesy związane z ewolucją dowolnego środowiska składowania specyficznego dla danego miejsca, aby określić, czy moment uwolnienia wodoru pokrywa się z odpowiednimi warunkami środowiskowymi (np. temperaturą, promieniowaniem i pH), które są zgodne z aktywnością drobnoustrojów i dlatego należy rozważyć, czy należy to uwzględnić w uzasadnieniu bezpieczeństwa.

10. Podsumowanie i przyszłe badania

Naturalny wodór występuje w różnych środowiskach geologicznych. Jest to bardzo interesujące dla mikrobiologów badających granice życia drobnoustrojów i pochodzenie życia na Ziemi lub potencjał życia na innych planetach. Głównymi naturalnymi zjawiskami wodoru są wycieki gazów związane z serpentynizacją skał ultramaficznych w kompleksach ofiolitów. Inne znaczące geologiczne wystąpienia wodoru obejmują bogate w wodór zbiorniki gazu, radiolizę wody i materii organicznej w krystalicznych skałach piwnicznych, a także ewaporaty bogate w potas, złoża halitu oraz niektóre kominy hydrotermalne i systemy geotermalne. Gromadzone są istotne dowody na istnienie społeczności drobnoustrojów zdolnych do wykorzystania i produkcji wodoru pod powierzchnią. Stężenia wodoru często utrzymują się na niskim poziomie ze względu na procesy konsumpcji drobnoustrojów, które mogą ukrywać aktywną, ale tajemniczą gospodarkę wodorową. Zrozumienie tych środowisk może zapewnić wgląd w systemy inżynieryjne o podwyższonym stężeniu wodoru. Ze względu na różnorodność tych środowisk możliwych jest szereg reakcji drobnoustrojów; można jednak wyróżnić kilka kluczowych tematów. Tematy te mogą mieć znaczenie dla szeregu gałęzi przemysłu podpowierzchniowego, w których wodór jest magazynowany lub wytwarzany w wyniku naturalnych procesów lub interakcji między drobnoustrojami a elementami środowiska inżynieryjnego. Dowody pochodzące z przemysłu wskazują, że wiele organizmów zużywających wodór jest również zamieszanych w korozję infrastruktury metalowej (szczególnie niepokojące są reduktory siarczanów). Oprócz korozji, inne odnotowane negatywne skutki działania mikroorganizmów (np. zmniejszenie wtrysku gazu w projektach CCS) mogą również zostać zwiększone w wyniku podwyższonego stężenia wodoru stymulującego mikroorganizmy. W niektórych środowiskach o wysokiej zawartości wodoru zauważono potencjał produkcji metanu przy użyciu wodoru. W niektórych przypadkach skutkowało to znaczącymi zmianami w objętości zmagazynowanego gazu; trwają jednak prace nad wykorzystaniem tego naturalnego procesu do wytwarzania metanu pod powierzchnią z energii odnawialnej i odpadowego dwutlenku węgla.

Pytanie, czy istnieją podpowierzchniowe ekosystemy drobnoustrojów, które są rzeczywiście niezależne od fotosyntezy, pozostaje do pełnej odpowiedzi. Jest to ważne, ponieważ jeśli zostanie udowodnione, zapewnia wgląd w potencjalny mechanizm rozwoju życia na Ziemi i ma kluczowe znaczenie dla oceny potencjału utrzymania życia na innych planetach. Wykazanie tej niezależności pozostaje wyzwaniem ze względu na trudności związane z pobieraniem próbek z tak głębokich środowisk oraz z rozróżnieniem różnych źródeł wodoru. Jest prawdopodobne, że potrzebne będą dodatkowe badania eksperymentalne i modelowanie specyficzne dla danego miejsca, aby zgromadzić materiał dowodowy na poparcie lub obalenie hipotezy SLiME.

Dane termodynamiczne przedstawione w przeglądzie dotyczą warunków standardowych. Chociaż dane te są przydatne jako szybki przegląd porównań różnych procesów obiegu wodoru, pod powierzchnią nie panują idealne warunki. Wykorzystując szereg danych geochemicznych ze środowisk podpowierzchniowych, można zastosować kontrolę darmowej energii do przewidywania prawdopodobnego dominującego procesu mikrobiologicznego. Obliczenia darmowej energii można połączyć z dodatkowymi zmiennymi (takimi jak koszt energetyczny biosyntezy i strategia metaboliczna, jak omówiono w publikacji [  ]), aby lepiej zrozumieć metabolizm drobnoustrojów w tych środowiskach

Częstotliwość i rozkład pobierania próbek jest kwestią dla osób zainteresowanych zastosowaniami przemysłowymi; w kontekście składowania odpadów radioaktywnych, czyli CCS, pytania, na które należy odpowiedzieć, dotyczą procesów, które mogą zachodzić przez wiele tysięcy lat. Wobec braku długoterminowych danych z tych ośrodków i ograniczonego dostępu do próbek z ośrodków operacyjnych, eksperymenty laboratoryjne połączone z modelowaniem to jedno ze podejść do zrozumienia, w jaki sposób działalność drobnoustrojów może wpłynąć na działalność operacyjną w dłuższej perspektywie. Innym podejściem mogłoby być określenie, czy obiekty o naturalnie podwyższonej zawartości wodoru mogą działać jako analogi poszczególnych aspektów danej działalności przemysłowej. Dokładne badanie takich miejsc mogłoby dostarczyć informacji o tym, jak społeczności drobnoustrojów mogą reagować w dłuższych okresach czasu, niż jest to możliwe do zbadania w laboratorium.

Kolejna luka w wiedzy zidentyfikowana w tym przeglądzie polega na tym, że trudno jest szczegółowo opisać, w jaki sposób narażenie na wodór zmienia skład społeczności drobnoustrojów. Chociaż prawdą jest, że zmiany w społecznościach można opisać w kategoriach szerokich zmian w grupach funkcjonalnych (np. metanogenów i reduktorach siarczanów), opisanie, jak narażenie na wodór zmienia społeczności w mniejszej skali (np. na poziomie rodzajów) nie jest w rzeczywistości możliwe . Chociaż wiele badań przedstawionych w tym przeglądzie opisuje przykładowe miejsca, w których wytwarzany jest wodór, różnice w społecznościach przy różnych stężeniach wodoru odnotowano jedynie w badaniu Rio Tinto [  ]. Można to zbadać, korelując skład społeczności drobnoustrojów ze stężeniem wodoru w miejscach w określonym położeniu geologicznym lub przeprowadzając eksperymenty laboratoryjne. Takie badania dostarczyłyby informacji na temat potencjału metabolicznego społeczności przy różnych stężeniach wodoru i potencjalnego wpływu na działalność przemysłową. Oprócz doniesień o zwiększonej liczebności wodorotroficznych reduktorów siarczanów i metanogenów, czasami identyfikuje się inne, bardziej zaskakujące organizmy. Hydrogenophaga spp. w opisywanych tutaj badaniach często pojawiają się jako zwyczajni członkowie społeczności drobnoustrojów. Niewiele wiadomo na temat roli środowiskowej i znaczenia Hydrogenophagi w podpowierzchni. Ponieważ rodzaj ten uważany jest za tlenowy, zastanawiająca jest częstotliwość występowania ich w dużych ilościach w typowo beztlenowych środowiskach podpowierzchniowych. Być może jest to obszar wymagający dalszych badań w celu oceny, jaki wpływ mogą mieć one na skutek zwiększonej liczebności i aktywności tego rodzaju oraz czy odgrywają one ważną rolę w obiegu wodoru w podpowierzchni. Podobnie raport dotyczący cyjanobakterii zużywających wodór w Rio Tinto [  ] jest interesujący, ponieważ chociaż organizmy te wykryto wcześniej pod powierzchnią, jest to pierwszy dowód na to, że są one aktywnymi członkami społeczności hydrotroficznej. Rodzi to pytania dotyczące ich rozpowszechnienia pod powierzchnią, ich ewolucyjnego pochodzenia i pokrewieństwa z innymi cyjanobakteriami. Bakterie wiążące azot wytwarzają wodór, ale ich rozmieszczenie i aktywność pod powierzchnią nie zostały szczegółowo zbadane. Biorąc pod uwagę, że niektóre hipotezy dotyczące głębokich ekosystemów mikrobiologicznych mają znaczenie dla usuwania odpadów radioaktywnych [ ] zakładając, że azot można uzyskać poprzez wiązanie azotu, właściwym byłoby dalsze zbadanie tego procesu pod powierzchnią. Dostarczyłoby to nie tylko dowodów na zdolność społeczności drobnoustrojów do pozyskiwania azotu niezależnie od fotosyntezy w środowiskach, w których nie ma innego źródła azotu dostępnego dla drobnoustrojów, ale także określiłoby, czy prawdopodobne jest występowanie ekosystemów drobnoustrojów w granitowych środowiskach wokół składowiska odpadów radioaktywnych. być ograniczone azotem.

Zaczynamy rozumieć ograniczenia dotyczące podpowierzchniowego obiegu wodoru w drobnoustrojach; jednakże niewiele jest informacji na temat szybkości obrotu wodoru w środowisku naturalnym lub reakcji na podwyższone stężenie wodoru. Informacje takie umożliwiłyby lepsze zrozumienie losów wodoru w podziemnych zakładach przemysłowych i lepsze przewidywanie wpływu aktywności drobnoustrojów.

Podziękowanie

Wszyscy autorzy opublikowali ten manuskrypt za zgodą dyrektora wykonawczego Brytyjskiej Służby Geologicznej. Chcielibyśmy podziękować Andrew Kilpatrickowi (BGS) za przydatne uwagi na temat wersji roboczej tego artykułu, a także czterem anonimowym recenzentom za przydatne sugestie, które pozwoliły ulepszyć ten manuskrypt.

Autorskie Wkłady

SPG i MJB napisały mikrobiologiczne aspekty manuskryptu. LPF i AEM wniosły wkład w aspekty związane z geologicznym występowaniem wodoru.

Finansowanie

SPG otrzymała finansowanie od ACT ELEGANCY, projekt nr 271498, który otrzymał finansowanie od DETEC (CH), BMWi (DE), RVO (NL), Gassnova (NO), BEIS (UK), Gassco, Equinor i Total, i jest współwłaścicielem -finansowany przez Komisję Europejską w ramach programu Horyzont 2020, umowa o dotację ACT nr 691712.

Konflikt interesów

Autorzy nie zgłaszają konfliktu interesów.

Bibliografia

1. Smith NJP, Shepherd TJ, Styles MT, Williams GM Poszukiwanie wodoru: przegląd globalnych akumulacji wodoru i implikacje dla perspektywicznych obszarów w północno-zachodniej Europie. Geol. Towarzystwo Londyn. Zwierzak domowy. Geol. Konf. Ser. 2005; 6 :349–358. doi: 10.1144/0060349. [ CrossRef ]  ]
2. Smith NJ Nadszedł czas, aby eksploratorzy poważniej potraktowali wodór. Pierwsza przerwa. 2002; 20 :246–253.  ]
3. Bottrell SH, Moncaster SJ, Tellam JH, Lloyd JW, Fisher QJ, Newton RJ Kontrole bakteryjnej redukcji siarczanów w systemie wodonośnym o podwójnej porowatości: warstwa wodonośna Lincolnshire Limestone, Anglia. Chem. Geol. 2000; 169 :461–470. doi: 10.1016/S0009-2541(00)00222-9. [ CrossRef ]  ]
4. Fredrickson JK, McKinley JP, Bjornstad BN, Long PE, Ringelberg DB, White DC, Krumholz LR, Suflita JM, Colwell FS, Lehman RM i in. Ograniczenia wielkości porów dotyczące aktywności i przeżycia bakterii podpowierzchniowych w sekwencji łupków i piaskowców późnej kredy w północno-zachodnim Nowym Meksyku. Geomikrobiol. J. 1997; 14 :183–202. doi: 10.1080/01490459709378043. [ CrossRef ]  ]
5. Sharma PK, McInerney MJ Wpływ wielkości ziaren na penetrację, rozmnażanie i aktywność metaboliczną bakterii w porowatych komorach z kulkami szklanymi. Aplikacja Otaczać. Mikrobiol. 1994; 60 : 1481–1486. Bezpłatny artykuł PMC ] [ PubMed ]  ]
6. Teske A., Biddle JF, Edgcomb VP, Schippers A. Mikrobiologia głębinowa: przewodnik po artykułach badawczych. Przód. Mikrobiol. 2013; 4 :122. doi: 10.3389/fmicb.2013.00122. Bezpłatny artykuł PMC ] [ PubMed ] [ CrossRef ]  ]
7. Lin LH, Wang PL, Rumble D., Lippmann-Pipke J., Boice E., Pratt LM, Lollar BS, Brodie EL, Hazen TC, Andersen GL i in. Długoterminowa stabilność wysokoenergetycznego i mało zróżnicowanego biomu skorupy ziemskiej. Nauka. 2006; 314 :479–482. doi: 10.1126/science.1127376. [ PubMed ] [ CrossRef ]  ]
8. Chapelle FH, O’Neill K., Bradley PM, Methé BA, Ciufo SA, Knobel LL, Lovley DR Podziemna społeczność drobnoustrojów oparta na wodorze, zdominowana przez metanogeny. Natura. 2002; 415 :312–315. doi: 10.1038/415312a. [ PubMed ] [ CrossRef ]  ]
9. Parkes RJ, Cragg B., Roussel E., Webster G., Weightman A., Sass H. Przegląd populacji prokariotycznych i procesów w osadach pod dnem morskim, w tym interakcje biosfera:geosfera. Mar Geol. 2014; 352 :409–425. doi: 10.1016/j.margeo.2014.02.009. [ CrossRef ]  ]
10. Jørgensen BB, Boetius A. Święto i głód – Życie drobnoustrojów w dnie głębinowym. Nat. Ks. Mikrobiol. 2007; 5 :770–781. doi: 10.1038/nrmicro1745. [ PubMed ] [ CrossRef ]  ]
11. Libert M., Schütz MK, Esnault L., Bildstein O. Wpływ aktywności drobnoustrojów na usuwanie odpadów radioaktywnych: Długoterminowe prognozowanie procesów biokorozji. Bioelektrochemia. 2014; 97 :162–168. doi: 10.1016/j.bioelechem.2013.10.001. [ PubMed ] [ CrossRef ]  ]
12. Apps JA, van de Kamp PC Gazy energetyczne pochodzenia abiogennego w skorupie ziemskiej. W: Howell DG, wyd. Przyszłość gazów energetycznych (dokument zawodowy US Geological Survey; 1570) United States Geological Survey; Reston, Wirginia, USA: 1993. s. 81–132.  ]
13. Christensen H., Bjergbakke E. Radioliza wód gruntowych z wypalonego paliwa jądrowego. Raport Studsvika, STUDSVIK/NW-82/364; 1982. [(dostęp: 9 lutego 2019 r.)];Dostępne w Internecie: https://inis.iaea.org/search/search.aspx?orig_q=RN:14788675
14. Vovk IF Radiolityczne wzbogacanie soli i solanek w podłożu krystalicznym Platformy Wschodnioeuropejskiej. W: Fritz P., Frape SK, red. Woda słona i gazy w skałach krystalicznych (dokument Gac Spec Paper nr 33) Stowarzyszenie Geologiczne Kanady; Ottawa, ON, Kanada: 1987. s. 197–210.  ]
15. Smetannikov AF Wytwarzanie wodoru podczas radiolizy wody krystalizacyjnej w karnalicie i możliwe konsekwencje tego procesu. Geochem. Wewnętrzne 2011; 49 :916–924. doi: 10.1134/S0016702911070081. [ CrossRef ]  ]
16. Parnell J., Blamey N. Wodór z radiolizy wtrąceń płynów wodnych podczas diagenezy. Minerały. 2017; 7 :130. doi: 10,3390/min7080130. [ CrossRef ]  ]
17. Klein F., Bach W., Jöns N., McCollom T., Moskowitz B., Berquó T. Podział żelaza i wytwarzanie wodoru podczas serpentynizacji perydotytów głębinowych od 15 ° N na grzbiecie środkowoatlantyckim. Geochim. Kosmochim. Akta. 2009; 73 :6868–6893. doi: 10.1016/j.gca.2009.08.021. [ CrossRef ]  ]
18. Klein F., Bach W., McCollom TM Kontrole składu wytwarzania wodoru podczas serpentynizacji skał ultramaficznych. Litos. 2013; 178 :55–69. doi: 10.1016/j.lithos.2013.03.008. [ CrossRef ]  ]
19. McCollom TM, Bach W. Termodynamiczne ograniczenia wytwarzania wodoru podczas serpentynizacji skał ultramaficznych. Geochim. Kosmochim. Akta. 2009; 73 : 856–875. doi: 10.1016/j.gca.2008.10.032. [ CrossRef ]  ]
20. Abrajano TA, Sturchio NC, Kennedy BM, Lyon GL, Muehlenbachs K., Bohlke JK Geochemistry of zredukowanego gazu związanego z serpentynizacją ofiolitu Zambales, Filipiny. Aplikacja Geochem. 1990; 5 :625–630. doi: 10.1016/0883-2927(90)90060-I. [ CrossRef ]  ]
21. Sugisaki R., Ido M., Takeda H., Isobe Y., Hayashi Y., Nakamura N., Satake H., Mizutani Y. Pochodzenie wodoru i dwutlenku węgla w gazach usterek i jego związek z aktywnością usterek. J. Geol. 1983; 91 : 239–258. doi: 10.1086/628769. [ CrossRef ]  ]
22. Freund F., Dickinson JT, Cash M. Wodór w skałach: źródło energii dla społeczności drobnoustrojów głębinowych. Astrobiologia. 2002; 2 :83–92. doi: 10.1089/153110702753621367. [ PubMed ] [ CrossRef ]  ]
23. Kita I., Matsuo S., Wakita H. Generowanie H 2 w wyniku reakcji pomiędzy H 2 O i kruszoną skałą: Badanie eksperymentalne dotyczące odgazowania H 2 z aktywnej strefy uskoku. J. Geofizyka. Rozdzielczość Solidna Ziemia. 1982; 87 :10789–10795. doi: 10.1029/JB087iB13p10789. [ CrossRef ]  ]
24. Sato M., Sutton AJ, McGee KA Anomalna emisja wodoru z uskoku San Andreas zaobserwowana w winnicy Cienega w środkowej Kalifornii. Czysta aplikacja Geofizyka. STRONA. 1985; 122 :376–391. doi: 10.1007/BF00874606. [ CrossRef ]  ]
25. Williams Q., Hemley RJ Wodór w głębinach Ziemi. Annu. Wielebny Planeta Ziemia. Nauka. 2001; 29 :365–418. doi: 10.1146/annurev.earth.29.1.365. [ CrossRef ]  ]
26. Schwartz E., Fritsch J., Friedrich B. Prokarioty. Skoczek; Berlin/Heidelberg, Niemcy: 2013. H 2 – metabolizujące prokarioty; s. 119–199.  ]
27. Sipma J., Henstra AM, Parshina SN, Lens PNL, Lettinga G., Stams AJM Mikrobialne konwersje CO z zastosowaniami w oczyszczaniu gazu syntezowego i bioodsiarczaniu. Krytyczny. Ks. Biotechnologia. 2006; 26 :41–65. doi: 10.1080/07388550500513974. [ PubMed ] [ CrossRef ]  ]
28. Peters JW, Schut GJ, Boyd ES, Mulder DW, Shepard EM, King PW, Adams MWW Różnorodność, mechanizm i dojrzewanie [FeFe]- i [NiFe]-hydrogenazy. Biochim. Biofizyka. Acta-Mol. Rozdzielczość komórki 2015; 1853 : 1350–1369. doi: 10.1016/j.bbamcr.2014.11.021. [ PubMed ] [ CrossRef ]  ]
29. Bakonyi P., Nemestóthy N., Simon V., Bélafi-Bakó K. Fermentacyjna produkcja wodoru w beztlenowych bioreaktorach membranowych: przegląd. Technologia Bioresour. 2014; 156 :357–363. doi: 10.1016/j.biortech.2014.01.079. [ PubMed ] [ CrossRef ]  ]
30. Merlin Christy P., Gopinath LR, Divya D. Przegląd dotyczący rozkładu beztlenowego i zwiększenia produkcji biogazu za pomocą enzymów i mikroorganizmów. Odnowić. Podtrzymywać. Energia Rev. 2014; 34 :167–173. doi: 10.1016/j.rser.2014.03.010. [ CrossRef ]  ]
31. Yang K., Metcalf WW Nowa aktywność starego enzymu: alkaliczna fosfataza bakteryjna Escherichia coli jest wodorazą zależną od fosforynów. Proc. Natl. Acad. Nauka. USA. 2004; 101 :7919–7924. doi: 10.1073/pnas.0400664101. Bezpłatny artykuł PMC ] [ PubMed ] [ CrossRef ]  ]
32. Shafaat HS, Rüdiger O., Ogata H., Lubitz W. Hydrorazy [NiFe]: wspólne miejsce aktywne metabolizmu wodoru w różnych warunkach. Biochim. Biofizyka. Acta – Bioenergia. 2013; 1827 : 986–1002. doi: 10.1016/j.bbabio.2013.01.015. [ PubMed ] [ CrossRef ]  ]
33. Dixon R., Kahn D. Genetyczna regulacja biologicznego wiązania azotu. Nat. Ks. Mikrobiol. 2004; 2 :621–631. doi: 10.1038/nrmicro954. [ PubMed ] [ CrossRef ]  ]
34. Desai MS, Assig K., Dattagupta S. Wiązanie azotu w odrębnych niszach drobnoustrojów w ekosystemie jaskiń napędzanym chemoautotrofią. ISME J. 2013; 7 :2411–2423. doi: 10.1038/ismej.2013.126. Bezpłatny artykuł PMC ] [ PubMed ] [ CrossRef ]  ]
35. Lau MCY, Cameron C., Magnabosco C., Brown CT, Schilkey F., Grim S., Hendrickson S., Pullin M., Sherwood Lollar B., van Heerden E. i in. Filogeneza i filogeografia genów funkcjonalnych wspólnych dla siedmiu ziemskich metagenomów podpowierzchniowych ujawnia powiązania z cyklem N i ewolucją drobnoustrojów. Przód. Mikrobiol. 2014; 5 :531. doi: 10.3389/fmicb.2014.00531. Bezpłatny artykuł PMC ] [ PubMed ] [ CrossRef ]  ]
36. Swanner ED, Templeton AS Potencjał wiązania i nitryfikacji azotu w podłożu granitowym w kopalni Henderson, Kolorado. Przód. Mikrobiol. 2011; 2 :254. doi: 10.3389/fmicb.2011.00254. Bezpłatny artykuł PMC ] [ PubMed ] [ CrossRef ]  ]
37. Mehta MP, Butterfield DA, Baross JA Filogenetyczna różnorodność genów nitrogenazy ( nifH ) w środowiskach głębinowych i kominach hydrotermalnych grzbietu Juan de Fuca. Aplikacja Otaczać. Mikrobiol. 2003; 69 :960–970. doi: 10.1128/AEM.69.2.960-970.2003. Bezpłatny artykuł PMC ] [ PubMed ] [ CrossRef ]  ]
38. Wu X., Pedersen K., Edlund J., Eriksson L., Åström M., Andersson AF, Bertilsson S., Dopson M. Potencjał utleniania wodoru przez populacje chemolitoautotroficzne i diazotroficzne do inicjowania tworzenia biofilmu w oligotroficznych, głęboko lądowych populacjach wody podpowierzchniowe. Mikrobiom. 2017; 5:37 . doi: 10.1186/s40168-017-0253-y. Bezpłatny artykuł PMC ] [ PubMed ] [ CrossRef ]  ]
39. Miyazaki J., Higa R., Toki T., Ashi J., Tsunogai U., Nunoura T., Imachi H., Takai K. Molecular Characterization of potencjalnego wiązania azotu przez beztlenowe archaea utleniające metan w osadach metanu na wzgórzu Kumano nr 8 w basenie Kumano na morzu w Japonii. Aplikacja Otaczać. Mikrobiol. 2009; 75 :7153–7162. doi: 10.1128/AEM.01184-09. Bezpłatny artykuł PMC ] [ PubMed ] [ CrossRef ]  ]
40. Gaby JC, Buckley DH Globalny spis różnorodności azotaz. Otaczać. Mikrobiol. 2011; 13 :1790–1799. doi: 10.1111/j.1462-2920.2011.02488.x. [ PubMed ] [ CrossRef ]  ]
41. Conrad R. Udział wodoru w produkcji metanu i kontrola stężeń wodoru w glebach i osadach metanogennych. Mikrobiolog FEMS. Ekol. 1999; 28 :193–202. doi: 10.1111/j.1574-6941.1999.tb00575.x. [ CrossRef ]  ]
42. Schink B., Thiemann V., Laue H., Friedrich MW Desulfotignum fosfitoksydans sp. listopada, nowy morski reduktor siarczanów, który utlenia fosforyn do fosforanu. Łuk. Mikrobiol. 2002; 177 : 381–391. doi: 10.1007/s00203-002-0402-x. [ PubMed ] [ CrossRef ]  ]
43. Thauer RK, Jungermann K., Decker K. Oszczędzanie energii w chemotroficznych bakteriach beztlenowych. Bakteriol. Rev. 1977; 41 :100–180. Bezpłatny artykuł PMC ] [ PubMed ]  ]
44. Sherwood Lollar B., Westgate TD, Ward JA, Slater GF, Lacrampe-Couloume G. Abiogenne powstawanie alkanów w skorupie ziemskiej jako mniejsze źródło globalnych złóż węglowodorów. Natura. 2002; 416 :522–524. doi: 10.1038/416522a. [ PubMed ] [ CrossRef ]  ]
45. Etiope G., Schoell M., Hosgörmez H. Abiotyczny strumień metanu z wycieku Chimaera i ofiolitów Tekirova (Turcja): Zrozumienie wydychania gazu w wyniku serpentynizacji w niskiej temperaturze i implikacje dla Marsa. Planeta Ziemia. Nauka. Łotysz. 2011; 310 :96–104. doi: 10.1016/j.epsl.2011.08.001. [ CrossRef ]  ]
46. ​​Etiope G., Tsikouras B., Kordella S., Ifandi E., Christodoulou D., Papatheodorou G. Strumień metanu i pochodzenie w hiperalkalicznych źródłach Othrys ofiolite, Grecja. Chem. Geol. 2013; 347 :161–174. doi: 10.1016/j.chemgeo.2013.04.003. [ CrossRef ]  ]
47. Truche L., Joubert G., Dargent M., Martz P., Cathelineau M., Rigaudier T., Quirt D. Minerały ilaste zatrzymują wodór w skorupie ziemskiej: Dowody ze złoża uranu Cigar Lake, Athabasca. Planeta Ziemia. Nauka. Łotysz. 2018; 493 : 186–197. doi: 10.1016/j.epsl.2018.04.038. [ CrossRef ]  ]
48. Escudero C., Oggerin M., Amils R. Głębokie podłoże kontynentalne: ciemna biosfera. Wewnętrzne Mikrobiol. 2018; 21 :3–14. doi: 10.1007/s10123-018-0009-y. [ PubMed ] [ CrossRef ]  ]
49. Cord-Ruwisch R., Seitz H.-J., Conrad R. Zdolność wodorotroficznych bakterii beztlenowych do konkurowania o śladowe ilości wodoru zależy od potencjału redoks końcowego akceptora elektronów. Łuk. Mikrobiol. 1988; 149 :350–357. doi: 10.1007/BF00411655. [ CrossRef ]  ]
50. Puente-Sánchez F., Arce-Rodríguez A., Oggerin M., García-Villadangos M., Moreno-Paz M., Blanco Y., Rodríguez N., Bird L., Lincoln SA, Tornos F. i in. glin. Żywe sinice w głębokich podpowierzchniach kontynentalnych. Proc. Natl. Acad. Nauka. USA. 2018; 115 :10702–10707. Bezpłatny artykuł PMC ] [ PubMed ]  ]
51. Onstott TC, Tobin K., Dong H., Deflaun MF, Fredrickson JK, Bailey T., Brockman FJ, Kieft TL, Peacock A., White DC i in. Głębokie kopalnie złota w Republice Południowej Afryki: okna do podziemnej biosfery. Instrument. Metody Misja. Dochodzenie. Ekstrater. Mikroorganizacja. 1997; 3111 : 344–358.  ]
52. Nazina TN, Luk’yanova EA, Zakharova EV, Ivoilov VS, Poltaraus AB, Kalmykov SN, Belyaev SS, Zubkov AA Rozmieszczenie i aktywność mikroorganizmów w głębokim składowisku ciekłych odpadów promieniotwórczych w Syberyjskim Kombinacie Chemicznym. Mikrobiologia. 2006; 75 :727–738. doi: 10.1134/S0026261706060178. [ PubMed ] [ CrossRef ]  ]
53. Miettinen H., Kietäväinen R., Sohlberg E., Numminen M., Ahonen L., Itävaara M. Skład mikrobiomu i charakterystyka geochemiczna głębokiego podpowierzchniowego środowiska wysokociśnieniowego, kopalnia Pyhäsalmi Finlandia. Przód. Mikrobiol. 2015; 6 :1203. doi: 10.3389/fmicb.2015.01203. Bezpłatny artykuł PMC ] [ PubMed ] [ CrossRef ]  ]
54. Hubalek V., Wu X., Eiler A., ​​Buck M., Heim C., Dopson M., Bertilsson S., Ionescu D. Łączność z powierzchnią determinuje wzorce różnorodności w podpowierzchniowych warstwach wodonośnych tarczy Fennoskandyjskiej. ISME J. 2016; 10 :2447–2458. doi: 10.1038/ismej.2016.36. Bezpłatny artykuł PMC ] [ PubMed ] [ CrossRef ]  ]
55. Greening C., Constant P., Hards K., Morales S., Oakeshott JG, Russell RJ, Taylor MC, Berney M., Conrad R., Cook GM Atmosferyczne usuwanie wodoru: od enzymów do ekosystemów. Aplikacja Otaczać. Mikrobiol. 2014; 81 :1190–1199. doi: 10.1128/AEM.03364-14. Bezpłatny artykuł PMC ] [ PubMed ] [ CrossRef ]  ]
56. Vignais PM, Billoud B. Występowanie, klasyfikacja i funkcja biologiczna hydrogenaz: przegląd. Chem. Rev. 2007; 107 :4206–4272. doi: 10.1021/cr050196r. [ PubMed ] [ CrossRef ]  ]
57. Löffler FE, Tiedje JM, Sanford RA Frakcja elektronów zużywanych w redukcji akceptorów elektronów i progach wodoru jako wskaźniki fizjologii halore-oddechowej. Aplikacja Otaczać. Mikrobiol. 1999; 65 :4049–4056. Bezpłatny artykuł PMC ] [ PubMed ]  ]
58. Greening C., Biswas A., Carere CR, Jackson CJ, Taylor MC, Stott M., Cook GM, Morales SE Badania genomiczne i metagenomiczne dystrybucji wodoru wskazują, że H2 jest szeroko stosowanym źródłem energii do wzrostu i przeżycia drobnoustrojów. ISME J. 2016; 10 :761. doi: 10.1038/ismej.2015.153. Bezpłatny artykuł PMC ] [ PubMed ] [ CrossRef ]  ]
59. Karadagli F., Rittmann BE Analiza termodynamiczna i kinetyczna progu H 2 dla Methanobacterium bryantii MoH. Biodegradacja. 2007; 18 :439–452. doi: 10.1007/s10532-006-9073-7. [ PubMed ] [ CrossRef ]  ]
60. Yang Y., McCarty PL Konkurs na wodór w mieszanej kulturze beztlenowej odhalogenowanej z chlorowanym rozpuszczalnikiem. Otaczać. Nauka. Techn. 1998; 32 :3591–3597. doi: 10.1021/es980363n. [ CrossRef ]  ]
61. Sung Y., Fletcher KE, Ritalahti KM, Apkarian RP, Ramos-Hernández N., Sanford RA, Mesbah NM, Löffler FE Geobacter lovleyi sp. lis. szczep SZ, nowa bakteria redukująca metale i odchlorowująca tetrachloroeten. Aplikacja Otaczać. Mikrobiol. 2006; 72 :2775–2782. doi: 10.1128/AEM.72.4.2775-2782.2006. Bezpłatny artykuł PMC ] [ PubMed ] [ CrossRef ]  ]
62. Nealson KH, Inagaki F., Takai K. Podpowierzchniowe litoautotroficzne ekosystemy drobnoustrojów napędzane wodorem (SLiME): Czy istnieją i dlaczego powinniśmy się tym przejmować? Trendy Microbiol. 2005; 13 :405–410. doi: 10.1016/j.tim.2005.07.010. [ PubMed ] [ CrossRef ]  ]
63. Takai K., Gamo T., Tsunogai U., Nakayama N., Hirayama H., Nealson KH, Horikoshi K. Geochemiczne i mikrobiologiczne dowody na oparty na wodorze, hipertermofilny podpowierzchniowy litoautotroficzny ekosystem drobnoustrojów (HyperSLiME) pod aktywną głębią -morskie pole hydrotermalne. Ekstremofile. 2004; 8 :269–282. doi: 10.1007/s00792-004-0386-3. [ PubMed ] [ CrossRef ]  ]
64. Stevens TO, McKinley JP Litoautotroficzne ekosystemy mikrobiologiczne w głębokich warstwach wodonośnych bazaltowych. Nauka. 1995; 270 :450–455. doi: 10.1126/science.270.5235.450. [ CrossRef ]  ]
65. Vandieken V., Finke N., Thamdrup B. Wodór, octan i mleczan jako donory elektronów do mikrobiologicznej redukcji manganu w bogatym w mangan przybrzeżnym osadzie morskim. Mikrobiolog FEMS. Ekol. 2014; 87 : 733–745. doi: 10.1111/1574-6941.12259. [ PubMed ] [ CrossRef ]  ]
66. Anderson RT, Chapelle FH, Lovley DR Dowody przeciwko ekosystemom mikrobiologicznym opartym na wodorze w warstwach wodonośnych bazaltowych. Nauka. Nowy Jork 1998; 281 : 976–977. doi: 10.1126/science.281.5379.976. [ PubMed ] [ CrossRef ]  ]
67. Anderson RT, Chapelle FH, Lovley DR Komentarz do „Abiotyczna kontrola produkcji H 2 na podstawie reakcji bazaltowo-wodnych i implikacji dla biogeochemii warstwy wodonośnej” Environ. Nauka. Techn. 2001; 35 :1556–1557. doi: 10.1021/es0015996. [ PubMed ] [ CrossRef ]  ]
68. Stevens TO, McKinley JP Odpowiedź na komentarz dotyczący „Abiotycznej kontroli produkcji H 2 w wyniku reakcji z wodą bazaltową i implikacji dla biogeochemii warstwy wodonośnej” Environ. Nauka. Techn. 2001; 35 : 1558–1559. doi: 10.1021/es001926+. [ PubMed ] [ CrossRef ]  ]
69. Kotelnikova S., Pedersen K. Dystrybucja i aktywność metanogenów i homoacetogenów w głębokich granitowych warstwach wodonośnych w Ęspö Hard Rock Laboratory, Szwecja. Mikrobiolog FEMS. Ekol. 1998; 26 :121–134. doi: 10.1016/S0168-6496(98)00028-2. [ CrossRef ]  ]
70. McCollom TM, Amend JP Termodynamiczna ocena zapotrzebowania energetycznego do syntezy biomasy przez mikroorganizmy chemolitoautotroficzne w środowiskach tlenowych i beztlenowych. Geobiologia. 2005; 3 :135–144. doi: 10.1111/j.1472-4669.2005.00045.x. [ CrossRef ]  ]
71. Lin L.-H., Slater GF, Sherwood Lollar B., Lacrampe-Couloume G., Onstott TC Wydajność i skład izotopowy radiolitycznego H 2 , potencjalnego źródła energii dla głębokiej biosfery podpowierzchniowej. Geochim. Kosmochim. Akta. 2005; 69 : 893–903. doi: 10.1016/j.gca.2004.07.032. [ CrossRef ]  ]
72. Bryant MP, Wolin EA, Wolin MJ, Wolfe RS Methanobacillus omelianskii , symbiotyczne połączenie dwóch gatunków bakterii. Łuk. Mikrobiol. 1967; 59 :20–31. doi: 10.1007/BF00406313. [ PubMed ] [ CrossRef ]  ]
73. Barker HA Badania nad fermentacją metanową. IV. Izolacja i hodowla Methanobacterium Omelianskii . Antoniego Van Leeuwenhoeka. 1939; 6 :201–220. doi: 10.1007/BF02146187. [ CrossRef ]  ]
74. Hattori S. Syntroficzne drobnoustroje utleniające octany w środowiskach metanogennych. Środowisko Mikrobów. 2008; 23 :118–127. doi: 10.1264/jsme2.23.118. [ PubMed ] [ CrossRef ]  ]
75. Megonigal JP, Mines ME, Visscher PT Metabolizm beztlenowy: powiązania z gazami śladowymi i procesami tlenowymi. Biogeochemia. 2005; 8 :350–362.  ]
76. Morris BEL, Henneberger R., Huber H., Moissl-Eichinger C. Syntrofia mikrobiologiczna: interakcja na rzecz wspólnego dobra. Mikrobiolog FEMS. Rev. 2013; 37 : 384–406. doi: 10.1111/1574-6976.12019. [ PubMed ] [ CrossRef ]  ]
77. Blair CC, D’Hondt S., Spivack AJ, Kingsley RH Wodór radiolityczny i oddychanie drobnoustrojów w osadach podpowierzchniowych. Astrobiologia. 2007; 7 :951–970. doi: 10.1089/ast.2007.0150. [ PubMed ] [ CrossRef ]  ]
78. Dzaugis ME, Spivack AJ, Dunlea AG, Murray RW, D’Hondt S. Radiolityczna produkcja wodoru w podmorskiej warstwie wodonośnej bazaltowej. Przód. Mikrobiol. 2016; 7:76 . doi: 10.3389/fmicb.2016.00076. Bezpłatny artykuł PMC ] [ PubMed ] [ CrossRef ]  ]
79. D’Hondt S., Spivack AJ, Pockalny R., Ferdelman TG, Fischer JP, Kallmeyer J., Abrams LJ, Smith DC, Graham D., Hasiuk F. i in. Życie osadowe pod dnem morskim w wirze południowego Pacyfiku. Proc. Natl. Acad. Nauka. USA. 2009; 106 :11651–11656. Bezpłatny artykuł PMC ] [ PubMed ]  ]
80. Ivarsson M., Schnürer A., ​​Bengtson S., Neubeck A. Grzyby beztlenowe: potencjalne źródło biologicznego H2 w skorupie oceanicznej. Przód. Mikrobiol. 2016; 7 :674. doi: 10.3389/fmicb.2016.00674. Bezpłatny artykuł PMC ] [ PubMed ] [ CrossRef ]  ]
81. Parkes RJ, Linnane CD, Webster G., Sass H., Weightman AJ, Hornibrook ERC, Horsfield B. Prokarioty stymulują tworzenie się minerału H2 w głębokiej biosferze i późniejszą aktywność termogeniczną. Geologia. 2011; 39 :219–222. doi: 10.1130/G31598.1. [ CrossRef ]  ]
82. Parkes RJ, Berlendis S., Roussel EG, Bahruji H., Webster G., Oldroyd A., Weightman AJ, Bowker M., Davies PR, Sass H. Wodór pochodzący z kruszenia skał bezpośrednio wspiera społeczność metanogenną: Znaczenie dla głęboka biosfera. Otaczać. Mikrobiol. Rep. 2018 doi: 10.1111/1758-2229.12723. Bezpłatny artykuł PMC ] [ PubMed ] [ CrossRef ]  ]
83. Telling J., Boyd ES, Bone N., Jones EL, Tranter M., Macfarlane JW, Martin PG, Wadham JL, Lamarche-Gagnon G., Skidmore ML i in. Rozdrabnianie skał jako źródło wodoru dla ekosystemów subglacjalnych. Nat. Ziemia. 2015; 8 :851–855. doi: 10.1038/ngeo2533. [ CrossRef ]  ]
84. Röling WFM, kierownik IM, Larter SR Mikrobiologia degradacji węglowodorów w podziemnych złożach ropy naftowej: Perspektywy i perspektywy. Rozdzielczość Mikrobiol. 2003; 154 :321–328. doi: 10.1016/S0923-2508(03)00086-X. [ PubMed ] [ CrossRef ]  ]
85. Schlegel ME, McIntosh JC, Bates BL, Kirk MF, Martini AM Porównanie geochemii płynów i mikrobiologii wielu bogatych w substancje organiczne zbiorników w Illinois Basin, USA: Evidence for control on metanogenesis and microbial transport. Geochim. Kosmochim. Akta. 2011; 75 : 1903–1919. doi: 10.1016/j.gca.2011.01.016. [ CrossRef ]  ]
86. Hamilton SK, Golding SD, Baublys KA, Esterle JS Konceptualny kierunek poszukiwań metanu wzmocnionego mikrobiologicznie z pokładów węgla (MECoM) w podgrupie walońskiej we wschodnim basenie Surat w Australii. Wewnętrzne J. Węgiel Geol. 2015; 138 :68–82. doi: 10.1016/j.coal.2014.12.002. [ CrossRef ]  ]
87. Guo H., Yu Z., Thompson IP, Zhang H. Wkład hydronotroficznej metanogenezy w biogeniczne zasoby metanu z pokładów węgla w południowym basenie Qinshui w Chinach. Aplikacja Mikrobiol. Biotechnologia. 2014; 98 :9083–9093. doi: 10.1007/s00253-014-5908-z. [ PubMed ] [ CrossRef ]  ]
88. Levshounova SP Wodór w geochemii ropy naftowej. Terra listopad 1991; 3 :579–585. doi: 10.1111/j.1365-3121.1991.tb00199.x. [ CrossRef ]  ]
89. Meslé M., Dromart G., Oger P. Metanogeneza mikrobiologiczna w podziemnych olejach i węglu. Rozdzielczość Mikrobiol. 2013; 164 :959–972. doi: 10.1016/j.resmic.2013.07.004. [ PubMed ] [ CrossRef ]  ]
90. Mayumi D., Dolfing J., Sakata S., Maeda H., Miyagawa Y., Ikarashi M., Tamaki H., Takeuchi M., Nakatsu CH, Kamagata Y. Stężenie dwutlenku węgla dyktuje alternatywne szlaki metanogenne w złożach ropy . Nat. komuna. 2013; 4 :1998. doi: 10.1038/ncomms2998. Bezpłatny artykuł PMC ] [ PubMed ] [ CrossRef ]  ]
91. Schulz H.-M., Biermann S., van Berk W., Krüger M., Straaten N., Bechtel A., Wirth R., Lüders V., Schovsbo ​​NH, Crabtree S. From Shale Oil to Biogen Shale gaz: Odtworzenie interakcji organicznych i nieorganicznych w łupkach ałunowych (furongu-dolnego ordowiku) w południowej Szwecji. Jestem. doc. Zwierzak domowy. Geol. Byk. 2015; 99 :927–956. doi: 10.1306/10221414014. [ CrossRef ]  ]
92. Siemann MG, Ellendorff B. Skład gazów we wtrąceniach płynnych ewaporatów morskich późnego permu (cechsztyńskiego) w północnych Niemczech. Chem. Geol. 2001; 173 :31–44. doi: 10.1016/S0009-2541(00)00266-7. [ CrossRef ]  ]
93. Jaakkola ST, Ravantti JJ, Oksanen HM, Bamford DH Pochowany żywcem: Mikroby ze starożytnego Halite. Trendy Microbiol. 2016; 24 :148–160. doi: 10.1016/j.tim.2015.12.002. [ PubMed ] [ CrossRef ]  ]
94. Jaakkola ST, Zerulla K., Guo Q., Liu Y., Ma H., Yang C., Bamford DH, Chen X., Soppa J., Oksanen HM Archaea halofilna kultywowana z powierzchni sterylizowanej soli kamiennej ze środkowego i późnego eocenu Są poliploidalne. PLOS JEDEN. 2014; 9 :e110533. doi: 10.1371/journal.pone.0110533. Bezpłatny artykuł PMC ] [ PubMed ] [ CrossRef ]  ]
95. Lowenstein TK, Schubert BA, Timofeeff MN Społeczności drobnoustrojów w inkluzjach płynnych i długoterminowe przeżycie w halicie. GSA dzisiaj. 2011; 21 :4–9. doi: 10.1130/GSATG81A.1. [ CrossRef ]  ]
96. Nishihara H., Igarashi Y., Kodama T. Nowy izolat Hydrogenobacter , bezwzględnie chemolitoautotroficznej, termofilnej, halofilnej i tlenowej bakterii utleniającej wodór z nadmorskich gorących źródeł solankowych. Łuk. Mikrobiol. 1990; 153 :294–298. doi: 10.1007/BF00249085. [ CrossRef ]  ]
97. Kelley CA, Poole JA, Tazaz AM, Chanton JP, Bebout BM Substrate Limitation for Metanogenesis in Hypersaline Environments. Astrobiologia. 2012; 12 :89–97. doi: 10.1089/ast.2011.0703. [ PubMed ] [ CrossRef ]  ]
98. Kivistö A., Santala V., Karp M. Produkcja wodoru z glicerolu przy użyciu halofilnych bakterii fermentacyjnych. Biozasoby. Techn. 2010; 101 :8671–8677. doi: 10.1016/j.biortech.2010.06.066. [ PubMed ] [ CrossRef ]  ]
99. Fritz P., Frape SK, Miles M. Metan w skałach krystalicznych tarczy kanadyjskiej. W: Fritz P., Frape SK, red. Woda słona i gazy w skałach krystalicznych (dokument Gac Spec Paper nr 33) Stowarzyszenie Geologiczne Kanady; Ottawa, ON, Kanada: 1987. s. 211–223.  ]
100. Sherwood Lollar B., Frape SK, Weise SM, Fritz P., Macko SA, Welhan JA Metanogeneza abiogenna w skałach krystalicznych. Geochim. Kosmochim. Akta. 1993; 57 :5087–5097. doi: 10.1016/0016-7037(93)90610-9. [ CrossRef ]  ]
101. Kotelnikova S., Pedersen K. Dowody na obecność metanogennych archeonów i bakterii homoacetogennych w głębokich granitowych warstwach wodonośnych. Mikrobiolog FEMS. Rev. 1997; 20 :339–349. doi: 10.1111/j.1574-6976.1997.tb00319.x. [ CrossRef ]  ]
102. Pedersen K., Bengtsson AF, Edlund JS, Eriksson LC Kontrolowana przez siarczany różnorodność podziemnych zbiorowisk drobnoustrojów na głębokości w głębokich wodach gruntowych z przeciwstawnymi gradientami siarczanów i metanu. Geomikrobiol. J. 2014; 31 :617–631. doi: 10.1080/01490451.2013.879508. [ CrossRef ]  ]
103. Purkamo L., Bomberg M., Nyyssönen M., Kukkonen I., Ahonen L., Kietäväinen R., Itävaara M. Dissecting the deep biosfera: pobieranie autentycznych społeczności drobnoustrojów z izolowanych przez pakery stref pęknięć głębokiego krystalicznego podłoża skalnego. Mikrobiolog FEMS. Ekol. 2013; 85 :324–337. doi: 10.1111/1574-6941.12126. [ PubMed ] [ CrossRef ]  ]
104. Kutvonen H., Rajala P., Carpén L., Bomberg M. Azotan i amoniak jako źródła azotu dla mikroorganizmów głęboko podpowierzchniowych. Przedni mikrobiolog. 2015; 6 :1079. doi: 10.3389/fmicb.2015.01079. Bezpłatny artykuł PMC ] [ PubMed ] [ CrossRef ]  ]
105. Lin L.-H., Hall J., Lippmann-Pipke J., Ward JA, Sherwood Lollar B., DeFlaun M., Rothmel R., Moser D., Gihring TM, Mislowack B. i in. Radiolityczny H 2 w skorupie kontynentalnej: Energia jądrowa dla zbiorowisk drobnoustrojów znajdujących się głęboko pod powierzchnią. Geochem. Geofizyka. Geosyst. 2005; 6 :Q07003. doi: 10.1029/2004GC000907. [ CrossRef ]  ]
106. Ward JA, Slater GF, Moser DP, Lin L.-H., Lacrampe-Couloume G., Bonin AS, Davidson M., Hall JA, Mislowack B., Bellamy RES i in. Mikrobiologiczne gazy węglowodorowe w dorzeczu Witwatersrand w Republice Południowej Afryki: konsekwencje dla głębokiej biosfery. Geochim. Kosmochim. Akta. 2004; 68 :3239–3250. doi: 10.1016/j.gca.2004.02.020. [ CrossRef ]  ]
107. Sherwood Lollar B., Lacrampe-Couloume G., Slater GF, Ward J., Moser DP, Gihring TM, Lin L.-H., Onstott TC Unraveling abiogenic and biogens of metane in the Earth’s deep subsurface. Chem. Geol. 2006; 226 : 328–339. doi: 10.1016/j.chemgeo.2005.09.027. [ CrossRef ]  ]
108. Momper L., Jungbluth SP, Lee MD, Amend JP Metabolizm energii i węgla w głębokiej ziemskiej społeczności płynnych drobnoustrojów podpowierzchniowych. ISME J. 2017; 11 :2319. doi: 10.1038/ismej.2017.94. Bezpłatny artykuł PMC ] [ PubMed ] [ CrossRef ]  ]
109. Osburn MR, LaRowe DE, Momper LM, Amend JP Chemolitotrofia w głębinach kontynentalnych: Sanford Underground Research Facility (SURF), USA. Przód. Mikrobiol. 2014; 5 :610. doi: 10.3389/fmicb.2014.00610. Bezpłatny artykuł PMC ] [ PubMed ] [ CrossRef ]  ]
110. Barnes I., O’Neil JR Związek między płynami w niektórych świeżych ultramafach typu alpejskiego a możliwą współczesną serpentynizacją, zachodnie Stany Zjednoczone. Geol. Towarzystwo Jestem. Byk. 1969; 80 :1947. doi: 10.1130/0016-7606(1969)80[1947:TRBFIS]2.0.CO;2. [ CrossRef ]  ]
111. Neal C., Stanger G. Wytwarzanie wodoru ze skał źródłowych płaszcza w Omanie. Planeta Ziemia. Nauka. Łotysz. 1983; 66 :315–320. doi: 10.1016/0012-821X(83)90144-9. [ CrossRef ]  ]
112. Alexander WR, Milodowski AE Cypryjski projekt analogów naturalnych (CNAP): Raport końcowy fazy III. POSIVA-WR–11-77. POSIVA OY. [(dostęp: 9 lutego 2019 r.)]; 2011:216. Dostępne w Internecie: http://nora.nerc.ac.uk/id/eprint/17427/1/WR_2011-08_web.pdf
113. Abrajano TA, Sturchio NC, Bohlke JK, Lyon GL, Poreda RJ, Stevens CM Wycieki metanu i wodoru, Zambales Ophiolite, Filipiny: Pochodzenie głębokie czy płytkie? Chem. Geol. 1988; 71 :211–222. doi: 10.1016/0009-2541(88)90116-7. [ CrossRef ]  ]
114. Hosgormez H., Etiope G., Yalcin MN Nowe dowody na mieszane, nieorganiczne i organiczne pochodzenie pożaru olimpijskiej chimery (Turcja): Duży wyciek gazu abiogennego na ląd. Geopłyny. 2008; 8 :263–273. doi: 10.1111/j.1468-8123.2008.00226.x. [ CrossRef ]  ]
115. Etiope G., Schoell M. Gaz abiotyczny: nietypowy, ale nie rzadki. Elementy. 2014; 10 :291–296. doi: 10.2113/gselements.10.4.291. [ CrossRef ]  ]
116. Zwicker J., Birgel D., Bach W., Richoz S., Smrzka D., Grasemann B., Gier S., Schleper C., Rittmann SK-MR, Koşun E., et al. Dowody na metanogenezę archeonów w żyłach w przybrzeżnych wyciekach Chimaera, w których żyją serpentynity, w Turcji. Chem. Geol. 2018; 483 :567–580. doi: 10.1016/j.chemgeo.2018.03.027. [ CrossRef ]  ]
117. Meyer-Dombard DR, Woycheese K., Yaricoglu EN, Cardace D., Shock EL, Gulecal-Pektas Y., Temel M. Wysokie pH mikrobiologicznych ekosystemów w nowo odkrytym, efemerycznym, serpentynizującym wycieku płynu w Yanartas (Chimera), Indyk. Przód. Mikrobiol. 2015; 5 :723. doi: 10.3389/fmicb.2014.00723. Bezpłatny artykuł PMC ] [ PubMed ] [ CrossRef ]  ]
118. Boulart C., Chavagnac V., Monnin C., Delacour A., ​​Ceuleneer G., Hoareau G. Różnice w odprowadzaniu gazu z ciepłych źródeł ultramaficznych: przykład Omanu i Voltri Ofiolitów. Ofioliti. 2013; 38 :143–156.  ]
119. Boschetti T., Etiope G., Toscani L. Abiotyczny metan w hiperalkalicznych źródłach w Genui, Włochy. Procedia Planeta Ziemia. Nauka. 2013; 7 :248–251. doi: 10.1016/j.proeps.2013.02.004. [ CrossRef ]  ]
120. McCollom TM, Seewald JS Serpentinites, wodór i życie. Elementy. 2013; 9 :129–134. doi: 10.2113/gselements.9.2.129. [ CrossRef ]  ]
121. Daae FL, Økland I., Dahle H., Jørgensen SL, Thorseth IH, Pedersen RB Życie mikrobiologiczne związane z niskotemperaturową zmianą skał ultramaficznych w kompleksie ofiolitu Leka. Geobiologia. 2013; 11 :318–339. doi: 10.1111/gbi.12035. [ PubMed ] [ CrossRef ]  ]
122. Kampfer P. Hydrogenophaga defluvii sp. lis. i Hydrogenophaga atypica sp. nov., wyizolowany z osadu czynnego. Wewnętrzne J. System. Ewolucja Mikrobiol. 2005; 55 :341–344. doi: 10.1099/ijs.0.03041-0. [ PubMed ] [ CrossRef ]  ]
123. Russell MJ, Hall AJ, Martin W. Serpentynizacja jako źródło energii u początków życia. Geobiologia. 2010; 8 :355–371. doi: 10.1111/j.1472-4669.2010.00249.x. [ PubMed ] [ CrossRef ]  ]
124. Charlou JL, Donval JP, Fouquet Y., Jean-Baptiste P., Holm N. Geochemistry of high H2 i CH4 vent liquids wydostających się ze skał ultramaficznych na polu hydrotermalnym Rainbow (36°14′N, MAR) Chem. Geol. 2002; 191 : 345–359. doi: 10.1016/S0009-2541(02)00134-1. [ CrossRef ]  ]
125. Kelley DS, Karson JA, Früh-Green GL, Yoerger DR, Shank TM, Butterfield DA, Hayes JM, Schrenk MO, Olson EJ, Proskurowski G., et al. Ekosystem z serpentynitem: pole hydrotermalne Zaginionego Miasta. Nauka. 2005; 307 : 1428–1434. doi: 10.1126/science.1102556. [ PubMed ] [ CrossRef ]  ]
126. Brazelton WJ, Nelson B., Schrenk MO Metagenomic Evidence for H2 Oxidation and H2 Production by Serpentinite Subsurface Microbial Communities. Przód. Mikrobiol. 2012; 2 :268. doi: 10.3389/fmicb.2011.00268. Bezpłatny artykuł PMC ] [ PubMed ] [ CrossRef ]  ]
127. Lin H.-T., Cowen JP, Olson EJ, Lilley MD, Jungbluth SP, Wilson ST, Rappé MS Rozpuszczony wodór i metan w oceanicznej biosferze bazaltowej. Planeta Ziemia. Nauka. Łotysz. 2014; 405 :62–73. doi: 10.1016/j.epsl.2014.07.037. [ CrossRef ]  ]
128. Moussallam Y., Oppenheimer C., Aiuppa A., Giudice G., Moussallam M., Kyle P. Emisje wodoru z wulkanu Erebus na Antarktydzie. Byk. Wulkan. 2012; 74 :2109–2120. doi: 10.1007/s00445-012-0649-2. [ CrossRef ]  ]
129. Tebo BM, Davis RE, Anitori RP, Connell LB, Schiffman P., Staudigel H. Mikrobiologiczne społeczności w ciemnych oligotroficznych wulkanicznych jaskiniach lodowych ekosystemów góry Erebus na Antarktydzie. Przód. Mikrobiol. 2015; 6 :179. doi: 10.3389/fmicb.2015.00179. Bezpłatny artykuł PMC ] [ PubMed ] [ CrossRef ]  ]
130. Spear JR, Walker JJ, McCollom TM, Pace NR Wodór i bioenergetyka w ekosystemie geotermalnym Yellowstone. Proc. Natl. Acad. Nauka. USA. 2005; 102 :2555–2560. doi: 10.1073/pnas.0409574102. Bezpłatny artykuł PMC ] [ PubMed ] [ CrossRef ]  ]
131. Petersen JM, Zieliński FU, Pape T., Seifert R., Moraru C., Amann R., Hourdez S., Girguis PR, Wankel SD, Barbe V. i in. Wodór jest źródłem energii dla symbioz kominów hydrotermalnych. Natura. 2011; 476 :176–180. doi: 10.1038/natura10325. [ PubMed ] [ CrossRef ]  ]
132. Wakita H., Nakamura Y., Kita I., Fujii N., Notsu K. Uwalnianie wodoru: nowy wskaźnik aktywności usterek. Nauka. 1980; 210 :188–190. doi: 10.1126/science.210.4466.188. [ PubMed ] [ CrossRef ]  ]
133. Fang Z., Liu Y., Yang D., Guo L., Zhang L. Rejestrowanie błota wodorowego w czasie rzeczywistym podczas projektu wierceń naukowych (WFSD) związanych z trzęsieniem ziemi w Wenchuan, otwory 2 i 3 w południowo-zachodnich Chinach. Ziemia. J. 2018; 22 : 453–464. doi: 10.1007/s12303-017-0068-7. [ CrossRef ]  ]
134. McMahon S., Parnell J., Blamey NJF Dowody na istnienie sejsmogennego wodoru, potencjalnego mikrobiologicznego źródła energii na Ziemi i Marsie. Astrobiologia. 2016; 16 :690–702. doi: 10.1089/ast.2015.1405. [ PubMed ] [ CrossRef ]  ]
135. Toutain J.-P., Baubron J.-C. Geochemia gazu i sejsmotektonika: przegląd. Tektofizyka. 1999; 304 :1–27. doi: 10.1016/S0040-1951(98)00295-9. [ CrossRef ]  ]
136. Campbell BJ, Li C., Sessions AL, Valentine DL Frakcjonowanie izotopowe wodoru w biosyntezie lipidów przez zużywający H 2 Desulfobacterium autothropicum. Geochim. Kosmochim. Akta. 2009; 73 :2744–2757. doi: 10.1016/j.gca.2009.02.034. [ CrossRef ]  ]
137. Amils R., González-Toril E., Fernández-Remolar D., Gómez F., Aguilera Á., Rodríguez N., Malki M., García-Moyano A., Fairén AG, de la Fuente V., et glin. Ekstremalne środowiska jako ziemskie odpowiedniki Marsa: przypadek Rio Tinto. Planeta. Nauka o kosmosie. 2007; 55 :370–381. doi: 10.1016/j.pss.2006.02.006. [ CrossRef ]  ]
138. Amils R., Fernández-Remolar D., Zespół IPBSL Río Tinto: Geochemiczny i mineralogiczny ziemski analog Marsa. Życie. 2014; 4 :511–534. doi: 10.3390/life4030511. Bezpłatny artykuł PMC ] [ PubMed ] [ CrossRef ]  ]
139. Schulte M., Blake D., Hoehler T., McCollom T. Serpentynizacja i jej implikacje dla życia na wczesnej Ziemi i Marsie. Astrobiologia. 2006; 6 :364–376. doi: 10.1089/ast.2006.6.364. [ PubMed ] [ CrossRef ]  ]
140. Amils R. Wnioski wyciągnięte z trzydziestu lat badań geomikrobiologicznych Río Tinto. Rozdzielczość Mikrobiol. 2016; 167 :539–545. doi: 10.1016/j.resmic.2016.06.001. [ PubMed ] [ CrossRef ]  ]
141. Sen NH, Ptak DK, Papież EC Serpentynit i świt życia. Filos. Przeł. R. Soc. B Biol. Nauka. 2011; 366 : 2857–2869. doi: 10.1098/rstb.2011.0129. Bezpłatny artykuł PMC ] [ PubMed ] [ CrossRef ]  ]
142. Tarnas JD, Mustard JF, Lollar BS, Bramble MS, Cannon KM, Palumbo AM, Plesa AC Radiolityczna produkcja H 2 na Noahijskim Marsie: Implikacje dla możliwości zamieszkania i ocieplenia atmosfery. Planeta Ziemia. Nauka. Łotysz. 2018; 502 : 133–145. doi: 10.1016/j.epsl.2018.09.001. [ CrossRef ]  ]
143. Nixon S., Cousins ​​CR, Cockell C. Prawdopodobne metabolizmy drobnoustrojów na Marsie. Astron. Geofizyka. 2013; 54 :13–16. doi: 10.1093/astrogeo/ats034. [ CrossRef ]  ]
144. Lunine JI Eksploracja światów oceanicznych. Akta astronauta. 2017; 131 :123–130. doi: 10.1016/j.actaastro.2016.11.017. [ CrossRef ]  ]
145. Lellouch E., Gérin M., Combes F., Atreya S., Encrenaz T. Obserwacje linii J = 1−0 CO w atmosferze Marsa: Radiodetekcja 13 CO i monitorowanie 12 CO. Icarus. 1989; 77 : 414–438. doi: 10.1016/0019-1035(89)90097-3. [ CrossRef ]  ]
146. McKay CP, Smith HD Możliwości życia metanogennego w ciekłym metanie na powierzchni Tytana. Ikar. 2005; 178 :274–276. doi: 10.1016/j.icarus.2005.05.018. [ CrossRef ]  ]
147. Waite JH, Glein CR, Perryman RS, Teolis BD, Magee BA, Miller G., Grimes J., Perry ME, Miller KE, Bouquet A. i in. Cassini znajduje wodór cząsteczkowy w pióropuszu Enceladusa: dowód na procesy hydrotermalne. Nauka. 2017; 356 :155–159. doi: 10.1126/science.aai8703. [ PubMed ] [ CrossRef ]  ]
148. Taubner R.-S., Pappenreiter P., Zwicker J., Smrzka D., Pruckner C., Kolar P., Bernacchi S., Seifert AH, Krajete A., Bach W. i in. Biologiczna produkcja metanu w przypuszczalnych warunkach podobnych do Enceladusa. Nat. komuna. 2018; 9 :748. doi: 10.1038/s41467-018-02876-y. Bezpłatny artykuł PMC ] [ PubMed ] [ CrossRef ]  ]
149. Mand J., Park HS, Okoro C., Lomans BP, Smith S., Chiejina L., Voordouw G. Microbial Metane Production Associated with Carbon Steel Corrosion in a Nigerian Oil Field. Przód. Mikrobiol. 2015; 6 :1538. doi: 10.3389/fmicb.2015.01538. Bezpłatny artykuł PMC ] [ PubMed ] [ CrossRef ]  ]
150. Mori K., Tsurumaru H., Harayama S. Aktywność korozji żelaza beztlenowych mikroorganizmów zużywających wodór wyizolowanych z obiektów naftowych. J. Biosci. Bioeng. 2010; 110 :426–430. doi: 10.1016/j.jbiosc.2010.04.012. [ PubMed ] [ CrossRef ]  ]
151. Small J., Nykyri M., Helin M., Hovi U., Sarlin T., Itävaara M. Badania eksperymentalne i modelowe biogeochemii produkcji gazu z odpadów radioaktywnych nisko i średnioaktywnych. Aplikacja Geochem. 2008; 23 :1383–1418. doi: 10.1016/j.apgeochem.2007.11.020. [ CrossRef ]  ]
152. Towler G., Bond A. Badanie kwestii wytwarzania i nasycania gazu: wkład do projektu EC FORGE (raport końcowy) Quintessa Limited; Henley-on-Thames, Wielka Brytania: 2011. Raport Quintessa, QRS-1378ZC-R2 (wersja 2.0)  ]
153. Smart NR, Reddy B., Rance AP, Nixon DJ, Frutschi M., Bernier-Latmani R., Diomidis N. Korozja beztlenowa stali węglowej w zagęszczonym bentonicie wystawionym na działanie naturalnej wody porowej Opalinus Clay zawierającej rodzime populacje drobnoustrojów. Corros. inż. Nauka. Techn. 2017; 52 :110–112. doi: 10.1080/1478422X.2017.1315233. [ CrossRef ]  ]
154. Masters S., Wang H., Pruden A., Edwards MA Gradienty redoks w systemach dystrybucyjnych wpływają na jakość wody, korozję i ekologię drobnoustrojów. Rozdzielczość wody 2015; 68 :140–149. doi: 10.1016/j.watres.2014.09.048. [ PubMed ] [ CrossRef ]  ]
155. Loto CA Korozja mikrobiologiczna: mechanizm, kontrola i wpływ – przegląd. Wewnętrzne J. Adw. Manuf. Techn. 2017; 92 : 4241–4252. doi: 10.1007/s00170-017-0494-8. [ CrossRef ]  ]
156. Muyzer G., Stams AJM Ekologia i biotechnologia bakterii redukujących siarczany. Nat. Ks. Mikrobiol. 2008; 6 :441–454. doi: 10.1038/nrmicro1892. [ PubMed ] [ CrossRef ]  ]
157. Ivanova AE, Borzenkov IA, Tarasov AL, Milekhina EI, Belyaev SS Badanie mikrobiologiczne podziemnego magazynu gazu w procesie zatłaczania gazu. Mikrobiologia. 2007; 76 : 453–460. doi: 10.1134/S002626170704011X. [ PubMed ] [ CrossRef ]  ]
158. Tarasov AL, Bozenkov IA, Chernykh NA, Belyayev SS Izolacja i badanie mikroorganizmów beztlenowych biorących udział w przemianie metanolu w podziemnym magazynie gazu. Mikrobiologia. 2011; 80 :172–179. doi: 10.1134/S0026261711020147. [ PubMed ] [ CrossRef ]  ]
159. Basso O., Lascourreges J.-F., Le Borgne F., Le Goff C., Magot M. Charakterystyka na podstawie kultury i analizy molekularnej różnorodności mikrobiologicznej głębokiej podpowierzchniowej warstwy wodonośnej gazu.Rozdzielczość Mikrobiol. 2009; 160 :107–116. doi: 10.1016/j.resmic.2008.10.010. [ PubMed ] [ CrossRef ] [  ]
160. Šmigáň P., Greksák M., Kozánková J., Buzek F., Onderka V., Wolf I. Bakterie metanogenne jako kluczowy czynnik biorący udział w przemianach gazu miejskiego magazynowanego w podziemnym zbiorniku. Mikrobiolog FEMS. Łotysz. 1990; 73 :221–224.  ]
161. Amid A., Mignard D., Wilkinson M. Sezonowe magazynowanie wodoru w wyczerpanych złożach gazu ziemnego. Wewnętrzne J. Energia wodorowa. 2016; 41 :5549–5558. doi: 10.1016/j.ijhydene.2016.02.036. [ CrossRef ]  ]
162. Hemme C., van Berk W. Potencjalne ryzyko związane z H 2 S w magazynach gazu z kawerny solnej. J. Nat. Nauka o Gazie. inż. 2017; 47 :114–123. doi: 10.1016/j.jngse.2017.09.007. [ CrossRef ]  ]
163. Holenderska Agencja ds. Przedsiębiorstw Skutki wtryskiwania wodoru do sieci gazu ziemnego dla holenderskich podziemnych magazynów – raport końcowy; 2017. [(dostęp: 9 lutego 2019 r.)];Dostępne online: https://www.rvo.nl/file/effects-hydrogen-injection-natural-gas-networks-dutch-underground-storage
164. Altfeld K., Pinchbeck D. Dopuszczalne stężenia wodoru w instalacjach gazu ziemnego. Energia Gazowa. 2103; 03 :1–2.  ]
165. Hagemann B. Ph.D. Praca dyplomowa. Uniwersytet Lotaryngii; Nancy cedex, Francja: 2017. Modelowanie numeryczne i analityczne mieszania gazów i transportu bioreaktywnego podczas podziemnego magazynowania wodoru.  ]
166. Hagemann B., Rasoulzadeh M., Panfilov M., Ganzer L., Reitenbach V. Hydrogenizacja podziemnego magazynowania gazu ziemnego. Oblicz. Ziemia.2016; 20 :595–606. doi: 10.1007/s10596-015-9515-6. [ CrossRef ]  ]
167. Reitenbach V., Ganzer L., Albrecht D., Hagemann B. Wpływ dodanego wodoru na podziemne magazynowanie gazu: przegląd zagadnień kluczowych. Otaczać. Nauka o Ziemi. 2015;73 :6927–6937. doi: 10.1007/s12665-015-4176-2. [ CrossRef ] [  ]
168. Zettlitzer M., Moeller F., Morozova D., Lokay P., Würdemann H. Przywrócenie właściwej zatłaczalności szybu zatłaczania CO 2 Ktzi 201 w Ketzin, Niemcy. Wewnętrzne J. Greenha. Kontrola gazu. 2010;4 :952–959. doi: 10.1016/j.ijggc.2010.05.006. [ CrossRef ] [  ]
169. Podziemne nawrócenie słońca. [(dostęp: 15 stycznia 2019 r.)];Dostępne w Internecie: https://www.underground-sun-conversion.at/
170. Zhu T., Dittrich M. Wytrącanie węglanów w wyniku działania drobnoustrojów w środowisku naturalnym i ich potencjał w biotechnologii: przegląd. Przód. Bioeng. Biotechnologia. 2016; 4 :4. doi: 10.3389/fbioe.2016.00004. Artykuł bezpłatny PMC ] [ PubMed ] [ CrossRef ]  ]
171. Morozova D., Wandrey M., Alawi M., Zimmer M., Vieth A., Zettlitzer M., Würdemann H. Monitoring of the microbial Community skład in solankowych warstw wodonośnych podczas przechowywania CO2 poprzez fluorescencyjną hybrydyzację in situ. Wewnętrzne J. Greenha. Kontrola gazu. 2010; 4 :981–989. doi: 10.1016/j.ijggc.2009.11.014.[ CrossRef ]  ]
172. ELEGANCJA — umożliwienie gospodarki niskoemisyjnej dzięki wodorowi i CCS. [(dostęp: 15 stycznia 2019 r.)];Dostępne w Internecie: https://www.sintef.no/ELEGANCY
173. Morozova D., Alawi M., Shaheed M., Krüger M., Kock D., Würdemann H. The wpływ aktywności mikrobiologicznej na interakcję płynu skalnego: Baseline charakteryzacja głębokiej biosfery dla Enhanced Gas Recovery in the Altmark natural gas zbiornik . Procedia Energetyczna. 2011; 4 :4633–4640. doi: 10.1016/j.egypro.2011.02.423. [ Odn.krzyż ]  ]
174. Mu A., Moreau JW Geomikrobiologia geosekwestracji CO 2 : Skoncentrowany przegląd reakcji społeczności prokariotycznych na wstrzykiwanie CO 2 na skalę polową . Przód. Mikrobiol. 2015; 6 doi: 10.3389/fmicb.2015.00263. Artykuł bezpłatny PMC ] [ PubMed ] [ CrossRef ]  ]
175. Dupraz S., Fabbri A., Joulian C., Dictor M.-C., Battaglia-Brunet F., Ménez B., Crouzet C., Henry B., Garrido F. Wpływ stężenia CO 2 na metabolizmy autotroficzne i zawartość węgla w solankowych warstwach wodonośnych — studium przypadku. Geochim. Kosmochim. Akta. 2013; 119 :61–76. doi: 10.1016/j.gca.2013.05.027. [ Odniesienie krzyżowe ] [  ]
176. Small JS, Nykyri M., Vikman M., Itävaara M., Heikinheimo L. Biogeochemia wytwarzania gazu z niskoaktywnych odpadów nuklearnych: modelowanie po 18 latach badań w warunkach in situ. Aplikacja Geochem. 2017; 84 :360–372. doi: 10.1016/j.apgeochem.2017.07.012. [ CrossRef ]  ]
177. Jordan AB Recenzja książki „Gas Generation and Migration in Deep Geological Radioactive Waste Repositories” pod redakcją Shaw, RP, 2015. SP415, Publikacje specjalne Towarzystwa Geologicznego, Londyn. ISBN 978-1862397224 (twarda oprawa) Geofluidy. 2016; 16 :651–652. doi: 10.1111/gfl.12168. [ CrossRef ]  ]
178. Rodwell WR Badania nad wytwarzaniem i migracją gazów w systemach składowania odpadów promieniotwórczych (projekt PROGRESS). Raport Komisji Europejskiej EUR 19133EN.SKB, 2010. Raport z obliczeń korozyjnych dla oceny bezpieczeństwa SR-Site, Raport techniczny SKB, TR-10-66.; 2000. [(dostęp: 9 lutego 2019 r.)];Dostępne w Internecie: https://www.skb.se/publikation/2192376/TR-10-66.pdf
179. Hoch AR, Swift BT Ocena wydajności po zamknięciu: Przykładowe podejścia do modelowania gazu w środowiskach ogólnych. Raport Serco SERCO/TAS/000472/001.; 2009. [(dostęp: 9 lutego 2019 r.)];Dostępne w internecie: https://rwm.nda.gov.uk/publication/post-closure- Performance -assessment-example-approaches-for-gas-modelling-in-generic-environments/
180. Hoch AR, Smart NR, Reddy B. Przegląd danych dotyczących reaktywnej korozji metali do wykorzystania w modelu wytwarzania gazu SMOGG. Raport Serco SA/ENV–0895.; 2007. [(dostęp: 9 lutego 2019 r.)];Dostępny online: https://rwm.nda.gov.uk/publication/a-survey-of-reactive-metal-corrosion-data-for-use-in-the-smogg-gas- Generation-model/
181. Hunter FMI, Swift BT An Assessment of the Generation of GDF-Derived Gas Using the 2007 Derived Inventory, AMEC Report AMEC/006255/001 wydanie 3, 2013. [(dostęp 9 lutego 2019 r.)];Dostępne w Internecie: https://rwm.nda.gov.uk/publication/an-assessment-of-the-generation-of-gdf-derived-gas-using-the-2007-derived-inventory/
182. Rajala P., Carpén L., Vepsäläinen M., Raulio M., Sohlberg E., Bomberg M. Korozja wywołana mikrobiologicznie stali węglowej w środowisku wód gruntowych. Przód. Mikrobiol. 2015; 6 :647. doi: 10.3389/fmicb.2015.00647. Bezpłatny artykuł PMC ] [ PubMed ] [ CrossRef ]  ]
183. Huttunen-Saarivirta E., Rajala P., Carpén L. Zachowanie korozyjne miedzi w warunkach biotycznych i abiotycznych w beztlenowej wodzie gruntowej: badanie elektrochemiczne. Elektrochim. Akta. 2016; 203 : 350–365. doi: 10.1016/j.electacta.2016.01.098. [ CrossRef ]  ]
184. King F., Chen J., Qin Z., Shoesmith D., Lilja C. Kontrola transportu siarczków korozji kanistrów miedzianych. Corros. inż. Nauka. Techn. 2017; 52 :210–216. doi: 10.1080/1478422X.2017.1300363. [ CrossRef ]  ]
185. Pedersen K. Podziemne populacje drobnoustrojów metabolizują wodór i octan w warunkach in situ w granitowych wodach gruntowych na głębokości 450 m w laboratorium Ęspö Hard Rock w Szwecji. Mikrobiolog FEMS. Ekol. 2012; 81 :217–229. doi: 10.1111/j.1574-6941.2012.01370.x. [ PubMed ] [ CrossRef ]  ]
186. Hernsdorf AW, Amano Y., Miyakawa K., Ise K., Suzuki Y., Anantharaman K., Probst A., Burstein D., Thomas BC, Banfield JF Potencjał dla mikrobiologicznych przemian H 2 i metali związanych z nowymi bakteriami i archeony w głębokich ziemskich osadach podpowierzchniowych. ISME J. 2017; 11 :1915–1929. doi: 10.1038/ismej.2017.39. Bezpłatny artykuł PMC ] [ PubMed ] [ CrossRef ]  ]
187. Bagnoud A., Chourey K., Hettich RL, de Bruijn I., Andersson AF, Leupin OX, Schwyn B., Bernier-Latmani R. Rekonstrukcja mikrobiologicznej sieci napędzanej wodorem w skale Opalinus Clay. Nat. komuna. 2016; 7 :12770. doi: 10.1038/ncomms12770. Bezpłatny artykuł PMC ] [ PubMed ] [ CrossRef ]  ]
188. Leupin OX, Bernier-Latmani R., Bagnoud A., Moors H., Leys N., Wouters K., Stroes-Gascoyne S. Piętnaście lat badań mikrobiologicznych w Opalinus Clay w laboratorium skalnym Mont Terri (Szwajcaria) Swiss J. Geosci. 2017; 110 :343–354. doi: 10.1007/s00015-016-0255-y. Bezpłatny artykuł PMC ] [ PubMed ] [ CrossRef ]  ]
189. Hajj HE, Abdelouas A., Grambow B., Martin C., Dion M. Korozja mikrobiologiczna stali P235GH w warunkach geologicznych. Fiz. Chem. Części uziemiające A/B/C. 2010; 35 :248–253. doi: 10.1016/j.pce.2010.04.007. [ CrossRef ]  ]
190. Pedersen K., Bengtsson A., Blom A., Johansson L., Taborowski T. Mobilność i reaktywność siarczku w glinach bentonitowych – Implikacje dla inżynieryjnych barier bentonitowych w geologicznych składowiskach odpadów radioaktywnych. Aplikacja Clay Sci. 2017; 146 :495–502. doi: 10.1016/j.clay.2017.07.003. [ CrossRef ]  ]
191. Lever MA Acetogeneza w ubogiej w energię głębokiej biosferze — paradoks? Przód. Mikrobiol. 2012; 2 :284. doi: 10.3389/fmicb.2011.00284. Bezpłatny artykuł PMC ] [ PubMed ] [ CrossRef ]  ]
192. Puente-Sánchez F., Moreno-Paz M., Rivas LA, Cruz-Gil P., García-Villadangos M., Gómez MJ, Postigo M., Garrido P., González-Toril E., Briones C., i in. Głęboka podpowierzchniowa redukcja siarczanów i metanogeneza w iberyjskim pasie pirytu odkryta dzięki geochemii i biomarkerom molekularnym. Geobiologia. 2014; 12 :34–47. doi: 10.1111/gbi.12065. [ PubMed ] [ CrossRef ]  ]
193. Pedersen K. Badania mikroorganizmów podziemnych i ich znaczenie dla oceny efektywności unieszkodliwiania odpadów promieniotwórczych. Wyniki i wnioski osiągnięte w latach 1995-1997. Nr SKB-TR–97-22. Svensk Kärnbränslehantering Aktiebolag. [(dostęp: 9 lutego 2019 r.)]; 1997 Dostępne w Internecie: http://www.skb.com/publication/13626/
luty 2019; 7 ust. 2): 53.
Opublikowano online 15 lutego 2019 r. doi:  10.3390/microorganisms7020053
PMCID: PMC6407114
PMID: 30769950

Artykuły z Microorganisms znajdują się tutaj dzięki uprzejmości Multidyscyplinarnego Instytutu Publikacji Cyfrowych (MDPI)
Obraz wyróżniający: Produkcja wodoru przez algi. Par EERE — http://www1.eere.energy.gov/hydrogenandfuelcells/production/photobiological.html, Domaine public, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=4629766